KR102116651B1 - The method of flow measurement for sonic flow meter, the sonic flow meter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초음파 수도 계량기에서의 유량을 측정하는 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 선유속에 따라서 구해진 유량을 보정하기 위한 유량 보정계수(Flow Velocity Profile Factor)를 구하여 유량을 보정하여 보다 정확한 유량을 구할 수 있도록 함을 특징으로 하는 초음파 수도 계량기의 유량 측정 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for measuring the flow rate in an ultrasonic water meter, and more specifically, to obtain a more accurate flow rate by obtaining a Flow Velocity Profile Factor for correcting the flow rate obtained according to the linear flow rate. It relates to a flow measurement method of the ultrasonic water meter, characterized in that to enable.
초음파 계량기는 배관 내의 유체의 흐름에 따라 초음파를 감지하여 유량을 측정하는 장치로서, 배관 외부에 초음파 센서를 설치할 수 있고, 간단히 유량을 계량할 수 있어서, 수도 계량기에도 많이 이용된다. An ultrasonic meter is a device that senses ultrasonic waves according to the flow of fluid in a pipe and measures the flow rate. An ultrasonic sensor can be installed outside the pipe, and can simply measure the flow rate, and thus is often used for water meters.
초음파 수도 계량기는 유체의 흐름과 같은 방향으로 진행하는 초음파의 전달 시간(Tdown)과 유체의 흐름과 반대 방향으로 진행하는 초음파의 전달 시간(Tup)을 측정하고 그 차이(ΔT)를 구해 유체의 속도를 계산한다. The ultrasonic water meter measures the delivery time (Tdown) of ultrasonic waves traveling in the same direction as the flow of the fluid and the delivery time (Tup) of ultrasonic waves traveling in the opposite direction to the flow of the fluid and calculates the difference (ΔT) to determine the velocity of the fluid To calculate.
유체의 흐름의 순서에 따라 두 개의 초음파센서ch1, 초음파센서 ch2가 구성될 때, 유체의 흐름과 같은 방향의 초음파 센서 경로는 Tdown(ch1 → ch2)이고, 유체의 흐름과 반대 방향의 초음파 센서 경로는 Tup(ch2 → ch1)와 같다. When two ultrasonic sensors ch1 and ultrasonic sensors ch2 are configured according to the flow flow order, the ultrasonic sensor path in the same direction as the fluid flow is Tdown (ch1 → ch2), and the ultrasonic sensor path in the opposite direction to the fluid flow. Is equal to Tup (ch2 → ch1).
다음의 수학식 1은 초음파 센서의 도달 시간을 나타낸다.
C : 초음파속도, L : 관의 직경 C: ultrasonic velocity, L: diameter of tube
초음파의 속도(C)는 유체의 영향을 받기 때문에 유체의 흐름이 있을 경우 유속(V) 만큼 Tdown은 빨라지고, Tup은 느려진다.Since the velocity (C) of the ultrasonic wave is affected by the fluid, the Tdown is increased by the flow velocity (V) and the Tup is slowed when there is a flow of the fluid.
따라서 두 개의 초음파 센서의 도달시간 Tdown, Tup은 시간 차이가 발생한다.Therefore, the time difference between the arrival time Tdown and Tup of the two ultrasonic sensors occurs.
각 초음파의 도달시간 Tdown, Tup을 Absolute TOF 라고 하며, 초음파 도달시간의 차이(Tdown-Tup)를 Differential TOF라고 하며, 이의 크기는 유속(V)과 정비례한다. Each ultrasonic arrival time Tdown, Tup is called Absolute TOF, and the ultrasonic arrival time difference (Tdown-Tup) is called Differential TOF, and its magnitude is directly proportional to the flow velocity (V).
다음의 수학식2는 관내의 물의 흐름속도 유속(V)을 나타낸다.Equation 2 below shows the flow velocity (V) of the water flow velocity in the pipe.
이와 같이, 유체의 속도가 정확하게 구해지면 설계된 관(스풀) 내부 면적을 곱해 일정 시간 동안 흐르는 유량을 산출할 수 있게 된다.In this way, when the velocity of the fluid is accurately determined, it is possible to calculate the flow rate flowing for a predetermined time by multiplying the interior area of the designed tube (spool).
즉 유속에 의해 유체의 흐름과 같은 방향(downstream), 그 반대방향(upstream)의 초음파 도달 시간 차이가 발생함으로써, 이를 이용하여 유체의 속도를 구하고, 이를 이용하여 유량을 산출하게 된다.That is, a difference in ultrasonic arrival time occurs in the same direction as the flow of the fluid (downstream) and in the opposite direction (upstream) due to the flow velocity, thereby obtaining the velocity of the fluid, and calculating the flow rate using the same.
다음의 수학식3,4는 유량(Q)을 구하는 수학식이다. The
Q: 유량, D:관의 직경, ΔT=Tdown-TupQ: Flow rate, D: Pipe diameter, ΔT = Tdown-Tup
여기서, 
Cosφ는 초음파센서의 입사각 및 반사각(초음파센서의 입사각은 0, 반사각은 90이므로 무시한다.Cosφ is ignored because the incident angle and the reflection angle of the ultrasonic sensor (the incident angle of the ultrasonic sensor is 0 and the reflection angle is 90).
그러나 이는 마찰력이 없는 이상적인 상황으로 가정한 경우이며, 이와 같이 초음파의 전달 시간만으로 단순하게 계산된 유속을 적용하여 산출된 유량은 실제 유량과 꽤 많은 차이를 보이는데 그 이유는 초음파 시간 차이로 측정되는 유속은 관 중심의 유속을 구하지만 도 1에서와 같이, 관 내부의 위치에 따라 마찰력이 달라서 물의 속도가 다르기 때문이다. However, this is assumed to be an ideal situation without friction, and the flow rate calculated by simply applying the flow rate simply calculated by the transmission time of the ultrasonic wave shows a considerable difference from the actual flow rate because the flow rate measured by the ultrasonic time difference It is because the velocity of water is different because the frictional force is different depending on the position inside the tube, as shown in FIG.
도 1은 파이프 내부의 위치에 따라서 달라지는 물의 속도를 나타낸 것으로, a)는 파이프, b)는 파이프 내부의 위치에 따라 달라지는 물의 속도를 나타낸다. Figure 1 shows the speed of water that varies depending on the position inside the pipe, a) is a pipe, b) shows the speed of water that varies depending on the position inside the pipe.
따라서 이와 같은 초음파 수도 계량기로는 정확한 유량의 측정이 이루어질 수 없다. Therefore, it is impossible to accurately measure the flow rate with such an ultrasonic water meter.
본 발명 초음파 수도 계량의 유량 측정 방법에서는 이와 같이, 선유속을 이용하여 유량을 구했을 때의 오차를 보정하기 위한 유량 보정계수를 구하여 정확한 초음파 유량 측정에 대한 정밀도를 향상시키기 위한 것으로, 물과 파이프의 마찰력과 관성력의 비를 구하고, 이의 함수로부터 선유속을 평균유속으로 보정하여 정확한 유량값을 측정할 수 있도록 하는 초음파 수도 계량기를 설계하고자 한 것이다. In the method for measuring the flow rate of ultrasonic water metering of the present invention, as described above, a flow rate correction coefficient for correcting an error when obtaining a flow rate using a linear flow rate is obtained to improve accuracy for accurate ultrasonic flow rate measurement, and The purpose of this study was to design an ultrasonic water meter that obtains the ratio of frictional force and inertia force, and corrects the linear flow rate from its function to the average flow rate to measure the accurate flow rate.
상대적으로 마찰력이 관성력보다 높을 때 파이프 내에는 도 2에서와 같은 흐름이 생기며, 이를 층류(Laminar flow) 라고 하고, 관성력이 마찰력보다 상대적으로 높을 때, 파이프 내에는 도 3에서와 같은 흐름이 생기며, 난류(Turbulent flow)라 한다. When the frictional force is relatively higher than the inertia force, a flow as in FIG. 2 occurs in the pipe, this is called laminar flow, and when the inertia force is relatively higher than the frictional force, a flow as in FIG. 3 occurs in the pipe, It is called turbulent flow.
수온이 높거나 유속이 낮을수록 층류 형태에 가까워지며, 반대로 수온이 낮거나 유속이 높을수록 난류에 가까워진다. 이 난류와 층류의 구분 및 유속보정계수(Flow Velocity Profile Factor)을 무차원수 레이놀즈 수(Reynolds Number)의 함수 결과값으로 구한다.The higher the water temperature or the lower the flow rate, the closer to the laminar flow. On the contrary, the lower the water temperature or the higher the flow rate, the closer to the turbulence. The classification of the turbulence and laminar flow and the Flow Velocity Profile Factor are obtained as the result of the function of the Reynolds Number.
따라서 물과 파이프의 마찰력과 관성력의 비를 나타내는 레이놀즈 수(Reynolds Number)를 구하고 레이놀즈 수(Reynolds Number)의 함수로 구해지는 유량보정계수(Flow Velocity Profile Factor)를 이용하여 선유속, 평균유속으로 보정해주면 정확한 유량을 측정할 수 있다.Therefore, the Reynolds Number representing the ratio of friction and inertia between water and pipe is obtained and corrected for linear velocity and average velocity by using the Flow Velocity Profile Factor obtained as a function of the Reynolds Number. If you do, you can measure the exact flow rate.
본 발명 초음파 수도 계량기의 유량 측정 방법은, Method of measuring the flow rate of the ultrasonic water meter of the present invention,
유체의 흐름 방향과 같은 방향과 유체의 흐름 방향과 반대 방향에 대한 초음파 센서 경로 별 초음파 시간(Tdown, Tup)을 측정하는 초음파시간측정과정과, 상기 초음파시간 측정과정에서 연산된 초음파시간(Tdown, Tup)과 초음파시간(Tdown, Tup)의 시간차이를 이용하여 관(pipe) 내의 선유속을 연산하는 선유속연산과정과, 선유속을 이용하여 유량을 연산하는 유량연산과정과, 상기 초음파시간 측정과정에서 구한 초음파 시간으로 초음파 속도를 연산하고, 상기 초음파 속도를 이용하여 유체의 점성계수(Viscosity)를 구하여 유체의 점성도 및 외부 압력조건(유속,전단력)을 포함하는 레이놀즈 수를 연산하는 레이놀즈 수 연산과정과, 레이놀즈수 연산과정을 통해 구한 레이놀즈 수를 이용하여 유량 보정계수 (Flow Velocity Profile Factor)를 구하는 유량보정계수연산과정과, 유량 보정계수(Flow Velocity Profile Factor)를 이용하여 상기 유량연산과정에서 구한 유량을 보정하여 최종 유량을 구하는 유량보정과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. The ultrasonic time measurement process for measuring the ultrasonic time (Tdown, Tup) for each ultrasonic sensor path in the same direction as the fluid flow direction and in the opposite direction to the flow direction of the fluid, and the ultrasonic time (Tdown, calculated in the ultrasonic time measurement process) A linear flow calculation process for calculating the linear flow velocity in a pipe using a time difference between Tup) and ultrasonic time (Tdown, Tup), a flow calculation procedure for calculating the flow rate using the linear flow velocity, and the measurement of the ultrasonic time The Reynolds number is calculated by calculating the ultrasonic velocity using the ultrasonic time obtained in the process, and obtaining the viscosity of the fluid using the ultrasonic velocity to calculate the Reynolds number including the viscosity of the fluid and external pressure conditions (flow velocity, shear force). In the flow calculation process, a flow correction coefficient calculation process is used to obtain a flow correction coefficient (Flow Velocity Profile Factor) using a Reynolds number obtained through a process and a Reynolds number calculation process, and in the flow calculation process using a flow Velocity Profile Factor. It is characterized by comprising a flow rate correction process to obtain the final flow rate by correcting the obtained flow rate.
상기 레이놀즈수연산과정은, 상기 초음파시간 측정과정에서 구한 초음파 시간으로 초음파 속도를 연산하는 초음파속도연산과정과, 상기 초음파속도연산과정에서 구한 초음파 속도를 이용하여 수온을 연산하는 수온연산과정과, 설정된 수온에 따른 유체의 점성값 관계테이블 정보로부터 수온에 따른 유체의 점성계수(Viscosity)를 구하는 점성계수연산과정과, 상기 선유속연산과정에서 구한 선유도와 점성계수연산과정에서 구한 점성계수를 이용하여 레이놀즈 수를 연산하는 레이놀즈수연산과정을 포함하는 것을 특징으로 한다. The Reynolds number calculation process includes: an ultrasonic speed calculation process for calculating the ultrasonic speed with the ultrasonic time obtained in the ultrasonic time measurement process; and a water temperature calculation process for calculating the water temperature using the ultrasonic speed obtained in the ultrasonic speed calculation process, and Reynolds using the viscous coefficient calculation process to obtain the viscosity of the fluid according to the water temperature from the relationship table information of the viscosity value of the fluid according to the water temperature, and the viscosity derived from the linearity derived from the linear flow calculation process and the viscous coefficient calculation process. Characterized in that it comprises a Reynolds number calculation process for calculating a number.
생산 공정 상에서 내부 보정 정보를 설정하는 생산설정모드보정값 보정과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that it further comprises a production setting mode correction value correction process for setting internal correction information in the production process.
이와 같은 본 발명에 따르면 유체의 흐름 모양을 추정할 수 있는 전단 응력을 변화시킬 수 있는 요인을 고려하는 정보인 레이놀즈 수를 이용하여 선유속과 평균유속의 비율을 나타내는 유량보정계수(Flow Velocity Profile Factor)를 구하고, 이를 이용하여 선유속에 의해 구해진 유량을 보정하도록 함으로써, 초음파 수도계량기에서의 초음파 센서의 기계적 구조에 따라서 발생되는 오차를 보정하여 보다 정밀한 유량 측정이 이루어질 있다. According to the present invention, the flow velocity coefficient (Flow Velocity Profile Factor) indicating the ratio of the linear velocity and the average velocity using Reynolds number, which is information that considers factors that can change the shear stress that can estimate the flow shape of a fluid, ), And by using this to correct the flow rate obtained by the linear flow rate, by correcting the error generated according to the mechanical structure of the ultrasonic sensor in the ultrasonic water meter, more accurate flow measurement can be made.
도 1은 파이프 내부의 위치에 따라서 달라지는 물의 속도를 나타낸 도면.
도 2는 물의 온도와 속도에 따른 유량보정계수(FVPF)의 관계를 나타낸 도면.
도 3은 파이프 내부의 물의 흐름을 나타내는 도면.
도 4는 전단응력의 개념을 나타낸 도면.
도 5는 원형 파이프 내의 난류 운동을 나타낸 도면.
도 6은 초음파 속도와 물의 온도 관계를 나타낸 그래프.
도 7은 온도에 따른 물의 점성도를 나타낸 도표.
도 8은 뉴턴 1차 보간법의 예를 나타낸 도면.
도 9는 유량보정계수(f(Re))의 보정계수(a,b)구하기 위한 관계정보를 나타낸 그래프. 1 is a view showing the speed of water that varies depending on the position inside the pipe.
2 is a view showing the relationship between the flow rate correction coefficient (FVPF) according to the temperature and speed of the water.
3 is a view showing the flow of water inside the pipe.
4 is a view showing the concept of shear stress.
5 is a view showing turbulent motion in a circular pipe.
6 is a graph showing the relationship between ultrasonic velocity and water temperature.
7 is a chart showing the viscosity of water according to temperature.
8 is a diagram showing an example of a Newton primary interpolation method.
9 is a graph showing relationship information for obtaining a correction factor (a, b) of a flow correction factor (f (Re)).
본 발명 초음파 수도 계량기의 유량 측정 방법은, Method of measuring the flow rate of the ultrasonic water meter of the present invention,
유체의 흐름 방향과 같은 방향과 유체의 흐름 방향과 반대 방향에 대한 초음파 센서 경로 별 초음파 시간(Tdown, Tup)을 측정하는 초음파시간측정과정과,Ultrasonic time measurement process for measuring the ultrasonic time (Tdown, Tup) for each of the ultrasonic sensor paths in the same direction as the flow direction of the fluid and in the opposite direction to the flow direction of the fluid,
상기 초음파시간 측정과정에서 연산된 초음파시간(Tdown, Tup)과 초음파시간(Tdown, Tup)의 시간차이를 이용하여 관(pipe) 내의 선유속을 연산하는 선유속연산과정과, A linear velocity calculation process for calculating a linear velocity in a pipe using a time difference between ultrasonic time (Tdown, Tup) and ultrasonic time (Tdown, Tup) calculated in the ultrasonic time measurement process;
선유속을 이용하여 유량을 연산하는 유량연산과정과, Flow calculation process to calculate the flow rate using the linear flow rate,
상기 초음파시간 측정과정에서 구한 초음파 시간으로 초음파 속도를 연산하고, 상기 초음파 속도를 이용하여 유체의 점성계수(Viscosity)를 구하여 유체의 점성도 및 외부 압력조건(유속,전단력)을 포함하는 레이놀즈 수를 연산하는 레이놀즈 수 연산과정과, The ultrasonic velocity is calculated from the ultrasonic time obtained in the ultrasonic time measurement process, and the viscosity of the fluid is obtained using the ultrasonic velocity to calculate the Reynolds number including the fluid viscosity and external pressure conditions (flow rate, shear force). Reynolds number calculation process,
레이놀즈수 연산과정을 통해 구한 레이놀즈 수를 이용하여 유량 보정계수 (Flow Velocity Profile Factor)를 구하는 유량보정계수연산과정과, A flow correction coefficient calculation process for obtaining a flow velocity profile factor using the Reynolds number obtained through the Reynolds number calculation process;
유량 보정계수(Flow Velocity Profile Factor)를 이용하여 상기 유량연산과정에서 구한 유량을 보정하여 최종 유량을 구하는 유량보정과정으로 이루어진다. It consists of a flow rate correction process that calculates the final flow rate by correcting the flow rate obtained in the flow rate calculation process using a flow velocity profile factor.
이와 같은 초음파 수도 계량기의 유량 측정 방법은 선유속에 따라서 구해진 유량을 보정하기 위한 유량보정계수를 구하여 유량을 보정함으로써 보다 정확한 유량을 구할 수 있도록 함을 특징으로 한다. The method of measuring the flow rate of the ultrasonic water meter is characterized in that it is possible to obtain a more accurate flow rate by correcting the flow rate by obtaining a flow rate correction coefficient for correcting the obtained flow rate according to the linear flow rate.
상기 초음파시간 측정과정은 초음파센서 경로에 따라서 초음파 시간을 측정하는 과정으로, 파이프 내로 흐르는 유체의 흐름방향과 같은 경로를 갖는 초음파시간(Tdown)과 유체의 흐름방향과 반대방향의 초음파시간(Tup)을 구한다.The ultrasonic time measurement process is a process of measuring the ultrasonic time along the path of the ultrasonic sensor, the ultrasonic time (Tdown) having the same path as the flow direction of the fluid flowing into the pipe and the ultrasonic time (Tup) in the opposite direction to the flow direction of the fluid. To get
상기 선유속연산과정은, 상기 초음파시간 측정과정에서 구해진 초음파시간(Tdown, Tup)과 초음파시간(Tdown, Tup)의 시간차이(Tup - Tdown)를 이용하여 파이프(pipe) 내의 선유속을 측정한다.The linear flow calculation process measures the linear flow velocity in a pipe using a time difference (Tup-Tdown) between the ultrasonic time (Tdown, Tup) and the ultrasonic time (Tdown, Tup) obtained in the ultrasonic time measurement process. .
초음파의 속도는 유체의 영향을 받기 때문에 유체의 흐름을 따른 초음파속도는 빨라지고, 유체의 역방향 초음파속도는 느려지기 때문에 초음파시간 Tdown 와 Tup 간의 차이(ΔT=Tdown-Tup)가 발생한다. Since the velocity of the ultrasonic wave is influenced by the fluid, the ultrasonic velocity along the flow of the fluid increases, and the reverse ultrasonic velocity of the fluid decreases, resulting in a difference (ΔT = Tdown-Tup) between the ultrasonic time Tdown and Tup.
ΔT는 유속과 정비례함으로써, 이를 이용하면, 파이프 내의 물의 흐름속도 선유속(V)을 구할 수 있다. ΔT is directly proportional to the flow velocity. If this is used, the linear velocity (V) of the water flow velocity in the pipe can be obtained.
이와 같은 선유속이 구해지면, 파이프 내부 면적을 곱해 일정 시간 동안 흐르는 유량을 산출할 수 있다.When such a linear flow rate is obtained, the flow rate flowing for a predetermined time can be calculated by multiplying the pipe inner area.
상기 유량연산과정은 선유속을 이용하여 유량을 구하는 과정이다.The flow calculation process is a process of obtaining a flow rate using a linear flow rate.
상기 레이놀즈수연산과정은 유량보정계수를 구하기 위한 레이놀즈 수를 연산하는 과정으로, The Reynolds number calculation process is a process of calculating a Reynolds number for obtaining a flow rate correction coefficient,
(a). 상기 초음파시간 측정과정에서 구한 초음파 시간으로 초음파 속도를 연산하는 초음파속도연산과정, (a). The ultrasonic speed calculation process for calculating the ultrasonic speed from the ultrasonic time obtained in the ultrasonic time measurement process,
(b). 상기 초음파속도연산과정에서 구한 초음파 속도를 이용하여 수온을 연산하는 수온연산과정, (b). Water temperature calculation process for calculating the water temperature using the ultrasonic speed obtained in the ultrasonic speed calculation process,
(c). 설정된 수온에 따른 유체의 점성값 관계테이블 정보로부터 수온에 따른 유체의 점성계수(Viscosity)를 구하는 점성계수연산과정, (c). Viscosity calculation process to obtain the viscosity of the fluid according to the water temperature from the information on the relationship between the viscosity value of the fluid according to the set water temperature,
(d). 상기 선유속연산과정에서 구한 선유도와 점성계수연산과정에서 구한 점성계수를 이용하여 레이놀즈 수를 연산하는 레이놀즈수연산과정을 포함한다.(d). And a Reynolds number calculation process for calculating the Reynolds number using the linearity obtained in the linear flow calculation process and the viscosity coefficient obtained in the viscosity calculation process.
상기 초음파속도연산과정에서 초음파속도(C)는, 초음파 도달시간(TOF)에 대한 보정값(A)을 적용하여 구하도록 한다. In the ultrasonic speed calculation process, the ultrasonic speed (C) is obtained by applying a correction value (A) for the ultrasonic arrival time (TOF).
다음의 수학식 5는 초음파 속도(C)를 구하는 수학식이다. Equation 5 below is an equation for obtaining the ultrasonic velocity C.
L: 초음파 경로길이 L: ultrasonic path length
상기 초음파 도달시간에 대한 보정값(A)은 설정된 고정값으로, 수온 별 초음파 도달시간에 대한 시험을 통해서 얻어진 데이터 들로부터 그 오차율을 구하고 이로부터 얻어진 값이다. The correction value (A) for the ultrasonic arrival time is a set fixed value, and is an error rate obtained from the data obtained through the test for ultrasonic arrival time for each water temperature.
상기 레이놀즈수연산과정에서 레이놀즈 수는 다음의 수학식 6과 같이 구할 수 있다. In the Reynolds number calculation process, the Reynolds number can be obtained as shown in Equation 6 below.
V;선유속, D;파이프 직경, Vis ; 물의 온도에 따른 점성계수V; line velocity, D; pipe diameter, Vis; Viscosity coefficient according to water temperature
상기 유량보정계수연산과정은, 레이놀즈수연산과정을 통해 구한 레이놀즈 수를 이용하여 유량 보정계수(Flow Velocity Profile Factor)를 구하는 과정이다.The flow correction coefficient calculation process is a process of obtaining a flow velocity profile factor using the Reynolds number obtained through the Reynolds number calculation process.
유량보정계수는 다음의 수학식 7과 같이 구할 수 있다. The flow rate correction coefficient can be obtained by the following equation (7).
상기 a,b는 유량보정계수를 구하기 위한 보정계수로 설정된 값으로, 시험을 통해서 얻어진 데이터들로부터 오차율을 구하고 구해진 오차율을 이용하여 상기 a,b의 값을 연산하여 내부에 설정한 값이다.The a and b are values set as a correction coefficient for obtaining a flow rate correction coefficient, and an error rate is obtained from data obtained through a test and a value set therein by calculating the values of a and b using the obtained error rate.
상기 오차율은 유속 별로 구해진 수도 계량 시험대 기준 유량과 초음파 수도 계량기의 시험을 통해서 얻어지는 유량(수도 계량기 시험대 기준 유량-초음파 수도 계량기 측정 유량)*100 /초음파 수도 계량기 측정 유량)을 이용하여 구해진 값이다. The error rate is a value obtained by using a water flow rate test bed reference flow rate obtained by each flow rate and a flow rate obtained through testing of an ultrasonic water flow meter (water flow rate test table reference flow rate-ultrasonic water meter measurement flow rate) * 100 / ultrasonic water meter measurement flow rate).
상기 유량보정과정은 구해진 유량 보정계수(FVPF ; Flow Velocity Profile Factor)를 이용하여 상기 유량연산과정에서 구한 유량을 보정하여 최종 유량을 구하는 과정이다.The flow correction process is a process of obtaining a final flow rate by correcting the flow rate obtained in the flow rate calculation process using the obtained flow velocity correction factor (FVPF).
또한, 생산 공정 상에서 제조되는 각 초음파 수도 계량기의 설정된 보정정보를 재설정하는 보정값재설정과정을 더 포함하며, In addition, it further includes a correction value reset process for resetting the set correction information of each ultrasonic water meter manufactured in the production process,
상기 보정값재설정과정은 생산설정모드 설정 시 입력된 기준 온도계의 온도 값과 현재 연산된 수온과의 차이를 대비하여 오차를 구하고, 구해진 오차에 따라서 수온을 구하기 위한 초음파도달시간에 대한 보정값(A)을 재설정하는 초음파도달시간 보정값설정과정과, 생산설정모드 시 입력된 기준유량을 이용하여 오차율을 구하고, 그 오차율에 따라서 유량보정계수를 구하기 위한 보정계수(a,b)를 연산하여 재설정하는 유량보정계수재설정과정으로 이루어지며,In the process of resetting the correction value, an error is obtained by comparing the difference between the temperature value of the reference thermometer inputted when the production setting mode is set and the currently calculated water temperature, and a correction value for the ultrasonic arrival time (A) for obtaining the water temperature according to the obtained error. ) To obtain the error rate using the ultrasonic arrival time correction value setting process and the reference flow rate input in the production setting mode, and calculate and reset the correction coefficients (a, b) to obtain the flow rate correction coefficient according to the error rate It consists of the process of resetting the flow rate correction coefficient,
상기 유량보정계수재설정과정에서 상기 오차율은 입력된 기준 유량과 초음파 수도 계량기를 통해 구해진 유량(수도 계량기 시험대 기준 유량-초음파 수도 계량기 연산 유량)*100 /초음파 수도 계량기 연산 유량)을 이용하여 구해진 값으로 이루어진다.In the process of re-establishing the flow rate correction coefficient, the error rate is a value obtained by using the input reference flow rate and the flow rate obtained through an ultrasonic water meter (water flow meter test bench reference flow rate-ultrasonic water meter operation flow rate) * 100 / ultrasonic water flow rate operation flow rate) Is done.
상기 기준 유량은 유속 별로 구해진 수도 계량 시험대의 유량 값이며, 생산공정 상에서 작업자가 입력하는 값이다. The reference flow rate is a flow rate value of a water metering test table obtained for each flow rate, and is a value input by an operator in the production process.
이와 같은 과정으로 이루어진 초음파 수도 계량기의 유량 측정 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. Referring to the accompanying drawings, a method for measuring the flow rate of an ultrasonic water meter made of such a process will be described in detail as follows.
파이프 내로 흐르는 유체의 흐름방향과 같은 경로를 갖는 초음파시간(Tdown)과 유체의 흐름방향과 반대방향의 초음파시간(Tup)을 구한다. The ultrasonic time (Tdown) having the same path as the flow direction of the fluid flowing into the pipe and the ultrasonic time (Tup) opposite to the flow direction of the fluid are obtained.
초음파시간(Tdown, Tup)과 초음파시간(Tdown, Tup)의 시간 차이(Tup-Tdown)를 이용하여 파이프) 내의 선유속을 측정한다.The line velocity in the pipe) is measured using the time difference (Tup-Tdown) between the ultrasonic time (Tdown, Tup) and the ultrasonic time (Tdown, Tup).
이와 같은 선유속이 구해지면, 파이프 내부 면적을 곱해 일정 시간 동안 흐르는 유량을 산출할 수 있다.When such a linear flow rate is obtained, the flow rate flowing for a predetermined time can be calculated by multiplying the pipe inner area.
상기 수학식 3, 4에서와 같은 내용으로 유량(Q)을 구할 수 있다. The flow rate Q can be obtained by the same information as in
이후, 상기에서와 같이 선유속을 이용하여 구한 유량(Q)에 대하여 보정하기 위해 유량보정계수(FVPF)를 구하는 과정을 진행하게 된다. Thereafter, as described above, a process of obtaining a flow rate correction coefficient (FVPF) is performed to correct for the flow rate Q obtained by using the linear flow rate.
먼저, 유량보정계수(FVPF)를 구하기 위해서는 레이놀즈 수(Re)를 구하게 된다. First, in order to obtain the flow rate correction coefficient (FVPF), the Reynolds number (Re) is obtained.
이는 레이놀즈 수가 유체의 점성도, 외부압력(유속, 전단력)을 포함하는 정보이기 때문이다. 이들 정보는 유체의 흐름 모양을 추정할 수 있는 전단 응력을 변화시키는 요인으로, 이를 이용하면, 선유속과 평균유속의 비율을 나타낸 유량보정계수(FVPF)를 구할 수 있기 때문이다.This is because the Reynolds number is information including the viscosity of the fluid and the external pressure (flow rate and shear force). This information is a factor that changes the shear stress that can estimate the flow shape of the fluid. If this is used, the flow correction factor (FVPF) showing the ratio of the linear flow rate and the average flow rate can be obtained.
상기에서 설명한 바와 같이, 유량보정계수(FVPF)가 선유속과 평균유속의 비율을 나타내는 것으로, 파이프 내부의 매질(물)의 온도, 속도, 설치배관 조건에 따라서 달라질 수 있다. 여기서 설치배관 조건을 제외하면 물의 온도와 속도에 의해 유량보정계수가 달라지는 것이며, 물의 유속이 빨라질수록, 물의 온도가 높아질수록 도 2의 왼쪽의 형태와 가까워지며, 반대의 경우 오른쪽의 형태에 가까워진다.As described above, the flow rate correction coefficient (FVPF) represents the ratio of the linear flow rate and the average flow rate, and may vary depending on the temperature, speed, and installation piping conditions of the medium (water) inside the pipe. Here, except for the installation piping conditions, the flow rate correction coefficient varies depending on the temperature and speed of the water, and the faster the flow rate of the water and the higher the temperature of the water, the closer it is to the form on the left in FIG. 2 and, in the opposite case, to the form on the right. .
도 2는 물의 온도와 속도에 따른 유량보정계수(FVPF)의 관계를 나타낸 도면이다.2 is a view showing the relationship between the flow rate correction coefficient (FVPF) according to the temperature and speed of the water.
선유속은 도 3에 도시된 바와 같이, 파이프 내의 중심에 있는 유속 값으로, 이는 초음파 수도계량계의 센서 경로가 파이프의 중심으로 설계되어 있기 때문이다. As shown in FIG. 3, the linear flow velocity is a flow velocity value at the center of the pipe, because the sensor path of the ultrasonic water meter is designed as the center of the pipe.
그러나 실제로 흐르는 물은 파이프 내부 전체에 해당한다. 도 3에서 각 빨간색 선들의 물의 속도를 의미한다.However, the actual flowing water is the entire inside of the pipe. In FIG. 3, the speed of water of each red line is meant.
실제로 원형 파이프에서 물은 도 3에서와 같이, 파이프 내부 위치에 따라서 물의 속도가 다르게 나타난다. In fact, in the circular pipe, as shown in FIG. 3, the speed of water varies depending on the position inside the pipe.
즉, 파이프의 벽면에 가까울수록 유속이 느려진다. That is, the closer to the wall surface of the pipe, the slower the flow rate.
이는 벽면에 가까운 부분일수록 전단 응력(shear stress : 외력에 맞서 내력으로 변형이 되지 않으려는 힘 = 마찰력의 개념)이 커지기 때문이다. This is because the closer to the wall, the greater the shear stress (the concept of force = frictional force not to deform into internal strength against external force).
도 4는 전단응력의 개념을 나타낸 도면이다. 4 is a view showing the concept of shear stress.
파이프의 벽은 강하게 고정이 되어 움직이지 않는 물체로 물의 움직임을 방해하는 응력이 강한데 반해서, 파이프 벽에서 멀어질수록 응력이 약하기 때문에 물의 속도가 위치에 따라 변하게 된다.The wall of the pipe is fixed so strongly that it is a non-moving object that has a strong stress that hinders the movement of water, whereas the distance from the pipe wall is weaker, so the speed of the water changes depending on the position.
따라서 파이프 내부의 위치에 따라 유속은 달라지게 된다. Therefore, the flow rate varies depending on the position inside the pipe.
상기에서 설명한 바와 같이, 선유속은 중심선(또는 특정한 위치)만 측정한 유속(1차원)이며, 평균유속은 면적(2차원) 혹은 부피(3차원)의 파이프 안의 모든 유속에 대한 평균을 나타낸다. As described above, the linear flow rate is a flow rate (1 dimensional) measured only at the center line (or a specific location), and the average flow rate represents the average of all flow rates in a pipe of area (2 dimensional) or volume (3 dimensional).
즉, 유량을 구하기 위하기 위해서는 파이프단면적(A)*유속(V)로 나타낼 수 있다. 따라서 파이프를 통과한 유량(물의 총량)을 알기 위해서는 파이프단면적(A)과 유속(V)이 필요하다. That is, in order to obtain the flow rate, the pipe cross-sectional area (A) * flow rate (V) can be expressed. Therefore, in order to know the flow rate (total amount of water) passing through the pipe, the pipe cross-sectional area (A) and flow velocity (V) are required.
상기에서 설명한 바와 같이, 파이프 내에 실제 물이 흐르는 정확한 유량을 측정하기 위해서는 선유속이 아니라 평균유속(Vavg)이 필요함을 알 수 있다. As described above, it can be seen that an average flow rate (Vavg) is required rather than a linear flow rate in order to measure an accurate flow rate of actual water flowing in the pipe.
도 5는 원형 파이프 내의 난류 운동을 나타낸다.5 shows turbulent motion in a circular pipe.
평균유속을 추정하기 전에 먼저, 원형 파이프 내부의 다양한 물의 흐름의 모양을 확인해 볼 필요가 있다. Before estimating the average flow rate, it is necessary to check the shape of various water flows inside the circular pipe.
파이프 내의 물의 흐름은 상기 도 4에서와 같은 모양 뿐만 아니라, 도 5에서와 같은 모양의 흐름도 발생할 수 있다. The flow of water in the pipe may occur not only in the shape as in FIG. 4 but also in the shape as in FIG. 5.
도 5는 파이프 중심의 유속과 파이프 벽에 가까운 유속의 차이가 작은 모양을 나타내고 있다. 5 shows a small difference in flow rate between the center of the pipe and the flow rate close to the pipe wall.
이와 같이, 다양한 모양이 나오게 되는 것은 전단 응력(shear stress)이 변하기 때문인데 뉴턴 유체의 경우 원인으로는 두 가지로 구분할 수 있다. As described above, the various shapes appear because the shear stress is changed. In the case of Newtonian fluid, it can be divided into two causes.
(A). 전단 응력은 외부의 압력이 동일할 때 유체의 점성도에 비례한다.(A). Shear stress is proportional to the viscosity of the fluid when the external pressure is the same.
유체의 점성도(Viscosity)란 유체의 끈끈한 정도를 나타내는 바, 예를 들면, 컵,책 등 점성도가 약한 물체는 바닥에서 떼어내는 것이 쉽지만, 껌, 본드 등과 같이 점성도 강한 물체는 떼어내는 것이 어렵다. Viscosity of a fluid indicates the degree of stickiness of a fluid. For example, it is easy to remove an object with a low viscosity such as a cup or a book from the floor, but it is difficult to remove an object with a high viscosity such as gum and bond.
유체도 마찬가지로 파이프 벽에 가까울수록 점성도에 따라 응력(마찰력)이 작용하여 속도가 떨어지는 것이다. Likewise, the closer to the pipe wall, the more stress (frictional force) acts on the viscosity, and the lower the speed.
다만 유체의 점성도는 일정한 값이 아니라 유체의 매질 또는 온도에 따라 달라진다. However, the viscosity of the fluid is not a constant value but depends on the medium or temperature of the fluid.
유체의 점성도는 다른 물체의 움직임 뿐만 아니라 서로 같은 물체끼리도 움직임을 방해하거나 끌어당기는 성질이 있으며 이를 점성 응력(Viscous Stress)라고 한다. The viscosity of a fluid has the property of interfering with or attracting movements between objects as well as other objects, and this is called viscous stress.
벽의 마찰력과 점성 응력이 더해져서 도 4, 도 5에서와 같이, 위치마다 유속이 다양하게 나타나게 되는 것이다. As the frictional force and the viscous stress of the wall are added, as shown in FIGS. 4 and 5, the flow velocity varies depending on the position.
뉴턴 유체역학의 법칙을 따르면 점성도와 전단응력은 비례한다.According to Newton's law of fluid mechanics, viscosity and shear stress are proportional.
다음의 수학식 8은 뉴턴 유체역학식을 나타낸다.
여기서, T : 유체에 작용하는 전단 응력(shear stress),Here, T: Shear stress acting on the fluid,
u : 유체의 점성 계수, 
상기 전단변형률은 파이프의 벽, 그리고 파이프의 벽과 떨어진 곳의 속도차이를 나타내는 것으로, 전단변형률이 크면 파이프 벽에서 먼 곳과 가까운 곳의 속도차이가 큰 것을 의미한다. The shear strain represents the speed difference between the pipe wall and the pipe wall. If the shear strain is large, it means that the speed difference between the pipe wall and the distance away is large.
이와 같은 수학식 8은 외부의 조건(압력)이 변하지 않을 시 전단 응력과 전단변형률은 선형관계라는 것을 나타내며, 이를 간단하게 나타내면 파이프 내부의 위치에 따른 물의 속도 변화율은 유체의 점성도와 선형적으로 비례한다고 할 수 있다.
즉, 점성도가 높은 유체일 경우 파이프 중심 유속과 파이프 벽면의 유속 차이가 크다는 것이다.That is, in the case of a highly viscous fluid, the difference in the flow velocity between the pipe center flow rate and the pipe wall surface is large.
(B). 전단 응력은 점성도가 동일할 때 외부의 압력(전단력)에 비례한다.(B). Shear stress is proportional to external pressure (shear force) when the viscosity is the same.
U자 형태의 고무줄이 벽에 고정이 되어 있는 상황에서 고무줄을 강하게 당길수록 벽에 고정된 부분과 고무줄 끝부분의 기울기가 증가하는 것과 같이, 유체의 점성이 동일할 때 유체의 속도가 점점 빨라지는 상황을 생각하면 파이프 벽에 가까운 유체의 속도와 파이프 중심의 속도의 차이가 더더욱 커지는 것을 예측할 수 있다. In a situation where the U-shaped rubber band is fixed to the wall, the more strongly the rubber band is pulled, the more the velocity of the fluid becomes faster when the fluid viscosity is the same, as the slope of the end fixed to the wall increases. Considering the situation, the difference between the velocity of the fluid close to the pipe wall and the velocity of the center of the pipe can be predicted to increase.
즉 유속에 의해 전단 변형률이 커지는 것을 알 수 있다.That is, it can be seen that the shear strain increases with the flow velocity.
다만 유속이 아주 빠를 때는 파이프 벽면의 전단 응력을 무시할 만큼 밀어내는 압력이 강하기 때문에 도 5에서와 같이, 오히려 파이프 중심 유속과 파이프 벽에 가까운 유속의 차이가 작아지는 모양으로 나타난다.(난류)However, when the flow rate is very fast, since the pressure pushing out the shear stress of the pipe wall is negligible, as shown in FIG. 5, rather, the difference between the pipe center flow rate and the flow rate close to the pipe wall appears to be small (turbulent flow).
이와 같이, 유체의 전단 응력을 변화시키는 요인은,In this way, the factors that change the shear stress of the fluid,
(A). 유체의 점성도(A). Fluid viscosity
(B). 외부 압력(유속, 전단력) 와 같이 나타낼 수 있다. (B). It can be expressed as external pressure (flow rate, shear force).
상기와 같은 정보를 알면, 파이프 내부의 전단 응력을 알 수 있으며 이를 통해 파이프 내부의 물의 흐름 모양(위치에 따른 기울기 변화)을 추정할 수 있다.Knowing the above information, the shear stress inside the pipe can be known, and through this, the shape of the water flow inside the pipe (change in slope according to the position) can be estimated.
따라서 내부 물의 흐름 모양을 추정해내면 선유속과 평균유속의 비율; 유량보정계수(FVPF)를 알 수 있다. Therefore, when estimating the shape of the flow of internal water, the ratio of the linear velocity to the average velocity; The flow rate correction factor (FVPF) is known.
상기 유량 보정계수 (FVPF)는 결국 전단 응력값에 따른 선유속과 평균유속의 비율 즉, 파이프 내부의 유체흐름 모양을 의미한다.The flow correction factor (FVPF) means the ratio of the linear flow rate and the average flow rate according to the shear stress value, that is, the shape of the fluid flow inside the pipe.
따라서 유량보정계수 값을 알아내는 것은 결국 전단응력을 계산하는 것과 동일한 의미를 가지며 유량보정계수 값을 계산해내기 위해서 두 가지 변수, 유체의 점성도와 외부압력(유속)이 필요한 것을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that finding the flow correction coefficient value has the same meaning as calculating the shear stress, and two variables, the viscosity of the fluid and the external pressure (flow velocity), are required to calculate the flow correction coefficient value.
여기서 레이놀즈 수(Reynolds Number)는 상기 두 가지 변수, 유체의 점성도와 외부압력(유속)을 가지고 있는 값이다. 따라서 레이놀즈 수를 구하면 유량보정계수를 구할 수 있다. Here, the Reynolds Number is a value having the above two parameters, the viscosity of the fluid and the external pressure (flow velocity). Therefore, if the Reynolds number is obtained, the flow rate correction coefficient can be obtained.
이와 같은 레이놀즈 수는 뉴턴 유체의 점성 거동들을 상호 관련시키는 무차원의 매개변수(파이프 내부 유체의 점성도와 외부 압력을 나타내는 수) 이다. This Reynolds number is a dimensionless parameter that correlates the viscous behaviors of a Newtonian fluid (a number representing the viscosity and external pressure of a fluid inside a pipe).
다음의 수학식 9는 레이놀즈 수(Re)를 나타낸다. The following equation (9) represents the Reynolds number (Re).
p : 유체의 밀도p: density of fluid
u : 유체의 점성 계수(Dynamic Viscosity)u: Fluid Viscosity
Vs: 유체의 평균 속도Vs: average velocity of the fluid
D : Pipe 직경(Diameter)D: Pipe diameter
v : 유체의 동점성 계수(kinematic viscosity)v: kinematic viscosity of the fluid
여기서, 동점성 계수= 점성계수/밀도 이지만, 유체인물은 밀도의 변화가 거의 없는(무시해도 되는) 비압축성 유체로 점성계수=동점성 계수로 보아도 무방함으로써, 이를 점성계수로 처리하기로 한다. Here, the kinematic viscosity = viscosity coefficient / density, but the fluid figure is an incompressible fluid with little (no negligible) change in density.
이에 따르면, 레이놀즈 수(Re)에서 관성력은 외부 압력을 의미하며 점성력은 유체의 점성도와 같다. According to this, in Reynolds number (Re), the inertial force means external pressure, and the viscous force is equal to the viscosity of the fluid.
즉, 레이놀즈 수(Re)는 점성력과 관성력(전단력,외부압력)의 정보를 가지고 있는 유체의 모양을 추정할 수 있는 변수이다. That is, the Reynolds number (Re) is a variable capable of estimating the shape of a fluid having information of viscous force and inertial force (shear force, external pressure).
이때, 유체의 평균유속을 알지 못하기 때문에 At this time, since the average flow velocity of the fluid is not known,
다음의 수학식 10과 같이 레이놀즈 수를 변환해서 이용한다.As shown in
V : 유체의 선유속(전단 응력의 관점으로 보았을 때 외부 압력의 크기)V: the linear flow velocity of the fluid (the magnitude of external pressure in terms of shear stress)
Vis: 유체의 점성계수 Vis: Viscosity coefficient of fluid
레이놀즈 수(Re)를 알기 위해서는 D는 고정된 상수이기에 제외하면 선유속과 점성계수가 필요하다. In order to know the Reynolds number (Re), since D is a fixed constant, the linear flow rate and the viscosity coefficient are necessary.
상기 레이놀즈 수(Re)를 구하기 위해서 초음파시간 측정과정에서 구한 초음파 시간으로 초음파 속도를 구하고, 상기 초음파 속도를 이용하여 수온을 연산하여 그 물의 점성도를 구하게 된다. In order to obtain the Reynolds number (Re), the ultrasonic velocity is obtained by the ultrasonic time obtained in the ultrasonic time measurement process, and the water temperature is calculated using the ultrasonic velocity to obtain the viscosity of the water.
상기 수학식 5를 이용하여 초음파 속도를 구한다.The ultrasonic velocity is obtained using Equation (5).
초음파 경로길이(L)와 초음파도달시간(TOF)를 이용하여 초음파 속도(C)를 구하게 된다. The ultrasonic velocity (C) is obtained using the ultrasonic path length (L) and the ultrasonic arrival time (TOF).
여기서 여러 가지 이유(조건)으로 같은 상황에서도 초음파 도달시간(TOF)이 다르게 나타낼 수 있기 때문에 보정값(A)을 이용하여 측정된 초음파 도달시간을 보정해준다. Here, since the ultrasonic arrival time (TOF) may be differently displayed in the same situation for various reasons (conditions), the measured ultrasonic arrival time is corrected using the correction value (A).
상기 보정값(A)은 초음파 도달시간에 대한 보정을 위하여 설정된 고정값으로, 기준 온도 상에서 초음파 도달시간을 시험 데이터로 얻어 그 오차율을 구하고 이를 통해 얻어지는 값이다. The correction value (A) is a fixed value set for the correction of the ultrasonic arrival time. It is a value obtained by obtaining the ultrasonic arrival time on the reference temperature as test data and obtaining the error rate.
이와 같은 보정값(A)은 제품 출고 시 생산 공정 상에서 재설정할 수 있다.This correction value (A) can be reset in the production process when the product is shipped.
이는 초음파 수도계량기마다 내부 직경의 차이, 측정오차 파이 등으로 인하여 초음파 도달시간은 달라질 수 있음으로써, 출고되는 초음파 수도계량기마다 보정값(A)을 재설정해주는 것이다. This is to reset the correction value (A) for each ultrasonic water meter shipped, because the ultrasonic arrival time may vary due to the difference in the inner diameter of each ultrasonic water meter and the measurement error pi.
보정값(A)을 얻어내기 위한 시험환경과 마찬가지의 시험환경을 갖는 시험장비가 구성되며, 초음파 수도계량기를 시험 장비에 설치하고, 파이프 내부가 공간 없이 물로 가득 찬 상태에서 초음파 도달시간에 대한 시험을 진행한다.A test equipment having the same test environment as the test environment for obtaining the correction value (A) is constructed, an ultrasonic water meter is installed in the test equipment, and the ultrasonic arrival time is tested while the pipe is filled with water without space. To proceed.
이때, 시험 장비가 설치된 시험장비대에는 오차율 1% 이내의 정확도를 가진 기준 온도계가 설치되어 있으며, 이 기준 온도계의 온도 값을 본 발명 초음파 수도계량기에 입력해준다. At this time, a reference thermometer having an accuracy within an error rate of 1% is installed on the test equipment table where the test equipment is installed, and the temperature value of the reference thermometer is input to the ultrasonic water meter of the present invention.
초음파 수도계량기에서는 이와 같이 입력된 온도 값을 현재의 초음파 도달시간으로 구한 수온과 대비하여 보정값(A)을 연산하여 설정한다.The ultrasonic water meter calculates and sets the correction value (A) by comparing the inputted temperature value with the water temperature obtained as the current ultrasonic arrival time.
다시 말하면, 입력된 기준 온도계의 온도 값과 연산된 수온과의 차이를 대비하여 오차를 구하고, 구한 오차에 따라 보정값(A)을 연산하고 재설정한다. In other words, an error is calculated by comparing the difference between the temperature value of the input reference thermometer and the calculated water temperature, and a correction value A is calculated and reset according to the obtained error.
이후, 상기와 같이 구한 초음파속도를 이용하여 수온을 구하게 되는 바, 초음파속도와 온도 간의 관계 테이블 설정 정보로부터 상기 과정에서 구한 초음파속도에 대한 수온을 읽어 구하게 된다. Thereafter, the water temperature is obtained by using the ultrasonic speed obtained as described above, and the water temperature for the ultrasonic speed obtained in the above process is obtained from the relationship table setting information between the ultrasonic speed and the temperature.
이와 같은 초음파 속도와 온도 간의 관계 테이블 설정 정보는 실제 온도계를 이용하여 측정된 온도를 이용하고 이때 초음파 수도계량기를 통해 상기에서와 같은 과정을 통해 구한 초음파 속도를 구하여 얻어낼 수 있다. The relationship table setting information between the ultrasonic speed and the temperature may be obtained by using the temperature measured using an actual thermometer and obtaining the ultrasonic speed obtained through the above-described process through an ultrasonic water meter.
다음의 도 6은 초음파 속도와 물의 온도 관계를 나타낸 그래프이다. (x축: 물의 온도, y축:초음파 속도) 6 is a graph showing the relationship between ultrasonic velocity and water temperature. (x-axis: water temperature, y-axis: ultrasonic velocity)
(A). 점성도(A). Viscosity
물의 점성도는 시험에 의해 얻어지는 온도에 따른 물의 점성 테이블 값을 이용하는 바, 다음의 도 7은 물 점성도를 나타낸 도표로서, 0~40도 까지의 물의 점성도 값을 나타낸다.The viscosity of water uses the viscosity table of water according to the temperature obtained by the test, and the following FIG. 7 is a chart showing the viscosity of water, and shows the viscosity value of water from 0 to 40 degrees.
다만 초음파 수도계량기의 경우 온도의 소수점 2째 자리까지 필요로 함으로써, 도 7에서에 기재된 바와 같은 온도 이외(예; 1.56도)에는 각 주변 온도를 통해 알고 있는 값을 이용하여 점성도를 추정하는 곡선적합(Curve Fitting) 방법을 이용한다.However, in the case of an ultrasonic water meter, it is necessary to make up to the second decimal place of the temperature, so that the viscosity is estimated by using the value known through each ambient temperature other than the temperature as illustrated in FIG. 7 (eg, 1.56 degrees). Use the (Curve Fitting) method.
상기 "Curve Fitting"이란, 이산적인 값(이미 알고 있는 값) 사이에 있는 미지수 값(알고 있는 점 사이에 있는 미지수)들을 근사화하는 추정 곡선(함수)를 얻는 것이다. The " Curve Fitting " means obtaining an estimation curve (function) approximating unknown values (unknown values between known points) between discrete values (known values).
예를 들어, 온도 5, 6은 이미 알고 있는 값이며, 온도 5.7은 온도 5와 6 사이에 있는 값으로 그 값을 알지 못함으로써, 이를 추정하는 것이 곡선적합(Curve Fitting)이다.For example, temperature 5 and 6 are values that are already known, and temperature 5.7 is a value between temperature 5 and 6, so it is curve fitting to estimate this by not knowing the value.
곡선 적합(Curve Fitting) 과정은 다양한 알고리듬이 적용될 수 있으며, 일 예로 뉴턴 보간법을 이용하기도 한다.Various algorithms can be applied to the curve fitting process, and Newton interpolation is used as an example.
도 8은 뉴턴 1차 보간법의 예를 나타낸다. 8 shows an example of Newton first-order interpolation.
커브 피팅을 통해 각 이산 점들의 값으로부터 각 계수(이산 점 사이의 점)들의 값을 추정하게 되고, 초음파 유량계가 측정한 값(x;온도)를 F(x)[점성도]에 입력하면, 근사치의 점성도를 얻을 수 있다. The value of each coefficient (the point between the discrete points) is estimated from the values of each discrete point through curve fitting, and when the value (x; temperature) measured by the ultrasonic flowmeter is input to F (x) [viscosity], it is an approximation. Viscosity of can be obtained.
(B). 외부 압력(전단력,유속)(B). External pressure (shear force, flow rate)
전단력과 유속은 선유속, 혹은 선유량(파이프 중심 유속으로 구한 유량값) 으로 얻어질 수 있다.The shear force and flow rate can be obtained as a linear flow rate or a linear flow rate (a flow rate value obtained from the pipe central flow rate).
이와 같이, 유체의 전단 응력을 변화시키는 요인인, 유체의 점성도와 외부 압력(유속, 전단력)을 구할 수 있다. In this way, the viscosity and external pressure (flow rate, shear force) of the fluid, which are factors that change the shear stress of the fluid, can be obtained.
따라서 이와 같은 정보를 이용하여 상기에서 설명한 바와 같이, 파이프 내부의 전단 응력을 구할 수 있으며, 이를 통해 파이프 내부의 물의 흐름 모양(위치에 따른 기울기 변화)을 추정할 수 있고, 내부 물의 흐름 모양을 추정해내면 선유속과 평균유속의 비율인 유량 보정계수 (Flow Velocity Profile Factor)를 구할 수 있다. Therefore, as described above, using this information, the shear stress inside the pipe can be obtained, thereby estimating the shape of the water flow inside the pipe (change in slope according to the position), and estimating the shape of the flow of water inside. Once done, the flow velocity profile factor, which is the ratio of the linear velocity to the average velocity, can be obtained.
이와 같이 레이놀즈 수(Re)로 구해지는 유량보정계수를 구하는 방법은 상기 수학식 7에서와 같다. The method for obtaining the flow rate correction coefficient obtained by the Reynolds number (Re) in this way is the same as in Equation 7.
유량보정계수(Flow Velocity Profile Factor)는, f(Re) = a * log10(Re) + bFlow Velocity Profile Factor is f (Re) = a * log10 (Re) + b
a, b는 보정계수 값이다. a and b are correction coefficient values.
상기 a,b는 유량보정계수를 구하기 위한 보정계수로 설정된 값으로, The a, b is a value set as a correction factor for obtaining a flow correction factor,
유속 별로 구해진 수도 계량 시험대 기준 유량과 초음파 수도 계량기에서 얻어지는 유량(수도 계량기 시험대 기준 유량-초음파 수도 계량기 측정 유량)*100 /초음파 수도 계량기 측정 유량)을 이용하여 구해진 오차율을 이용하여 정해진다. It is determined by using the error rate obtained using the reference flow rate of the water metering test table obtained by the flow rate and the flow rate obtained from the ultrasonic water metering device (water flow meter test table reference flow rate-ultrasonic water meter measurement flow rate) * 100 / ultrasonic water meter measurement flow rate).
예를 들면, 수도미터 기술기준에 수도 미터 기술 기준법에서 요구하는 유량 검사 항목 들을 만족할 수 있는 유량계의 파이프 크기(직경)에 따라서 특정되는 4개의 유속 포인트(x,y)에 대하여 측정 한 후, 그 값으로, 커브 피팅을 통해 보정계수 값 a,b를 구할 수 있다. For example, after measuring the four flow rate points (x, y) specified according to the pipe size (diameter) of the flow meter that can satisfy the flow rate inspection items required by the water meter technology standard method in the water meter technology standard, the As a value, the correction coefficient values a and b can be obtained through curve fitting.
즉, 4개의 포인트는 정확한 유량보정계수 Re(x,y)가 입력되어 있음으로써, 나머지 유속 및 온도에 대하여 유량보정계수를 추정하기 위해서는 커브 피팅을 해야 한다. That is, since the correct flow rate correction coefficient Re (x, y) is input to the four points, curve fitting must be performed to estimate the flow rate correction coefficient for the remaining flow rate and temperature.
4개의 포인트를 이용하여 각각의 포인트 사이마다. 수학식 9와 같은 1차 함수를 생성(4개의 포인트-1)하며, 다음의 수학식과 같이 나타낼 수 있다.Between each point using 4 points. A first-order function such as Equation (9) is generated (four points -1), and can be expressed as Equation below.
x = Re, y = Flow Velocity Profile Factor, y1 = f(Re) = a*log(Re) + b x = Re, y = Flow Velocity Profile Factor, y1 = f (Re) = a * log (Re) + b
y1= f(log(Re)=a*x+b 와 같이 나타낼 수 있게 된다. y1 = f (log (Re) = a * x + b).
따라서 유량보정계수(f(Re))의 보정계수(a,b)구하기는 도 9와 같이 나타낼 수 있다.Accordingly, the correction coefficients a and b of the flow rate correction coefficient f (Re) can be expressed as shown in FIG. 9.
a(slope)=(y2-y1)/(x2-x1)a (slope) = (y2-y1) / (x2-x1)
b(offset)=y1-(x1*a) 와 같다.Same as b (offset) = y1- (x1 * a).
이와 같은 보정 계수 값 a,b는 초음파 수도계량기마다 그 값이 달라질 수 있다.The correction coefficient values a and b may be different for each ultrasonic water meter.
즉, 유량계마다 측정오차 및 배관의 설치환경, 직경차이 등의 원인으로 그 보정될 계수 값(a,b)은 달라질 수 있음으로써, 생산 공정 상에서 제품 출고 시 각 초음파 수도 계량기 별로 보정계수 값(a,b)을 설정할 수 있도록 한다.That is, the coefficient values (a, b) to be corrected may vary depending on the causes of measurement errors, piping installation environment, and diameter differences for each flow meter. , b).
생산 공정 상에서 초음파 수도계량기는 파이프의 내경에 따라서 성능 검사에 필요한 유속 구간(예; 2500L/h, 16L/h, 10L/h)이 있어서, 이러한 유속 구간에서의 시험을 진행하고, 각 유속 구간에서의 오차율을 구하고 이와 같이 구한 오차율을 초음파 수도계량기에 입력하여, 초음파 수도 계량기에서 오차율을 이용하여 a,b 값을 설정할 수 있도록 한다.In the production process, the ultrasonic water meter has a flow rate section (e.g., 2500L / h, 16L / h, 10L / h) required for performance inspection according to the inner diameter of the pipe, and tests are performed in this flow rate section. Obtain the error rate of and input the obtained error rate to the ultrasonic water meter, so that the a, b value can be set using the error rate in the ultrasonic water meter.
즉 초음파 수도계량기에서는 이와 같이 입력된 오차율을 이용하여 상기 도 9에서와 같은 과정을 통해 a,b를 재설정한다. That is, the ultrasonic water meter uses the error rate thus input to reset a and b through the same process as in FIG. 9.
상기 수학식 7은 상기에서 설명한 바와 같이, 시험적으로 얻어진 데이터들을 커브 피팅으로 추정해서 구해진 수학식으로서, 다양한 온도, 유속에 대하여 얻어진 데이터와 커브 피팅으로 추정하여 구한 것이다. As described above, Equation 7 is an equation obtained by estimating experimentally obtained data by curve fitting, and obtained by estimating data obtained for various temperatures and flow rates and curve fitting.
x = Re ; D는 상수, V는 유체의 선유속, v는 점성계수=물의온도x = Re; D is constant, V is the linear velocity of the fluid, v is the viscosity coefficient = water temperature
y = 유량보정계수(Flow Velocity Profile Factor)라고 하여, (x.y)의 조합으로 다양한 값을 들을 얻을 수 있고, 이와 같이 얻어진 이산 데이터들을 커브 피팅을 통해서 가장 유사한 함수(방정식)를 만들어 수학식 11을 만들게 된다.y = Flow Velocity Profile Factor, it is possible to obtain various values with a combination of (xy), and by making the most similar function (equation) through curve fitting the obtained discrete data,
이와 같이 구한 유량보정계수를 이용하여 유량을 보정하여 최종 유량을 구할 수 있게 된다. The final flow rate can be obtained by correcting the flow rate using the obtained flow rate correction coefficient.
이와 같이 유량보정계수를 이용하여 유량을 보상하여 최종 유량을 구하게 되면, 선유속으로 단순히 유량을 계산한 경우보다 유속에 따른 오차값이 다르게 나타난다. When the final flow rate is obtained by compensating the flow rate using the flow rate correction coefficient as described above, the error value according to the flow rate appears differently than when the flow rate is simply calculated as the linear flow rate.
표 1 내지 표 3은 본 발명에서의 유량보정계수를 이용하여 유량을 계산한 경우와 그렇지 않은 경우의 오차값 차이를 나타낸다.Tables 1 to 3 show the difference in error values when the flow rate is calculated using the flow rate correction coefficient in the present invention and when it is not.
표 1은 선유속만을 이용하여 단순히 유량을 계산한 경우 유속에 따른 오차값을 나타낸다. 선 유속으로 단순히 유량을 계산한 경우 유속에 따라 오차값이 다르다.
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표 1에서 가로는 초음파 수도계량기 식별번호이고, 세로는 유량을 나타낸다.In Table 1, the horizontal indicates the ultrasonic water meter identification number, and the vertical indicates the flow rate.
표 2에서 가로는 초음파 수도계량기 식별번호이고, 세로는 유량이다.In Table 2, the horizontal is the identification number of the ultrasonic water meter, and the vertical is the flow rate.
수온에 따른 유량보정계수(FVPF)의 보정이 없는 경우 저유속에서 즉, 마찰력이 상대적으로 관성력보다 클 경우에 유량 오차값이 증가한다.When there is no correction of the flow rate correction coefficient (FVPF) according to the water temperature, the flow rate error value increases at a low flow rate, that is, when the frictional force is relatively greater than the inertial force.
표 3은 유량보정계수(FVPF)에 의한 보정이 있는 경우를 나타낸 것으로, 온도 및 유속이 변하더라도 정확한 유량을 구할 수 있음을 나타낸다.Table 3 shows the case where there is a correction by the flow rate correction coefficient (FVPF), and shows that an accurate flow rate can be obtained even when the temperature and the flow rate change.
이와 같은 본 발명 선유속으로 구한 유량의 오차를 보정하여 최종 유량을 구하는 초음파 수도 계량기의 유량 측정 방법을 수행하기 위한 초음파 수도 계량기는 다음과 같이 구성된다. The ultrasonic water meter for performing the method for measuring the flow rate of the ultrasonic water meter to obtain the final flow rate by correcting the error of the flow rate obtained by the present invention linear flow rate is configured as follows.
파이프를 통해 초음파를 송신하고 수신하기 위한 초음파 센서와 초음파 센서로부터 얻어지는 값을 이용하여 유량을 산출하는 제어수단과, 제어수단으로부터 구해진 유량을 표시하는 표시수단을 포함하는 수도계량기용 초음파 수도 계량기로 구성되며, Consists of an ultrasonic sensor for transmitting and receiving ultrasonic waves through a pipe, a control means for calculating a flow rate using a value obtained from the ultrasonic sensor, and an ultrasonic water meter for a water meter including a display means for displaying the flow rate obtained from the control means. And
상기 제어수단은 유체의 흐름 방향과 같은 방향과 유체의 흐름 방향과 반대 방향에 대한 초음파 센서 경로 별 초음파 시간(Tdown, Tup)을 측정하는 초음파시간측정수단과, 상기 초음파시간 측정수단에서 연산된 초음파시간(Tdown, Tup)과 초음파시간(Tdown, Tup)의 시간차이를 이용하여 파이프 내의 선유속을 연산하는 선유속연산수단과, 선유속을 이용하여 유량을 연산하는 유량연산수단과, 상기 초음파시간 측정수단에서 구한 초음파 시간으로 초음파 속도를 연산하고, 상기 초음파 속도를 이용하여 유체의 점성계수(Viscosity)를 구하여 유체의 점성도 및 외부 압력조건(유속,전단력)을 포함하는 레이놀즈 수를 연산하는 레이놀즈 수 연산수단과, 레이놀즈수 연산과정을 통해 구한 레이놀즈 수를 이용하여 유량 보정계수 (Flow Velocity Profile Factor)를 구하는 유량보정계수연산수단과, 유량 보정계수(Flow Velocity Profile Factor)를 이용하여 상기 유량연산수단에서 구한 유량을 보정하여 최종 유량을 구하는 유량보정수단으로 구성된다. The control means includes ultrasonic time measuring means for measuring ultrasonic time (Tdown, Tup) for each ultrasonic sensor path in the same direction as the flow direction of the fluid and in the opposite direction to the flow direction of the fluid, and the ultrasonic wave calculated by the ultrasonic time measuring means A linear flow calculation means for calculating the linear flow velocity in the pipe using a time difference between time (Tdown, Tup) and ultrasonic time (Tdown, Tup), a flow calculation means for calculating the flow rate using the linear flow velocity, and the ultrasonic time The Reynolds number calculates the ultrasonic velocity using the ultrasonic time obtained by the measuring means, and calculates the viscosity of the fluid using the ultrasonic velocity to calculate the viscosity of the fluid and the Reynolds number including external pressure conditions (flow velocity, shear force). Flow means for calculating the flow rate correction factor (Flow Velocity Profile Factor) using the calculation means, Reynolds number calculated through the Reynolds number calculation process, and the flow rate calculation means using the flow rate correction factor (Flow Velocity Profile Factor) It is composed of a flow rate correction means to obtain the final flow rate by correcting the flow rate obtained from.
상기 레이놀즈수 연산수단은 초음파속도(C)를 구할 때, 수학식 5에서와 같이, 초음파 도달시간(TOF)에 대한 보정값(A)을 적용하여 구할 수 있도록 보정값설정부를 포함하며, The Reynolds number calculation means includes a correction value setting unit so as to obtain the ultrasonic velocity (C) by applying a correction value (A) for the ultrasonic arrival time (TOF), as in Equation (5),
초음파 도달시간 보정값(A)은 온도별 초음파도달시간에 대한 시험데이터로 구해진 값으로서 설정된 값으로, 기준 온도 상에서 초음파 도달시간을 시험 데이터로 얻어 그 오차율을 구하고 이를 통해 얻어지는 값이고, The ultrasonic arrival time correction value (A) is a value obtained as the test data for the ultrasonic arrival time for each temperature, and is the value obtained by obtaining the ultrasonic arrival time as the test data on the reference temperature and obtaining the error rate.
상기 유량보정계수연산수단은, 보정계수(a,b)가 설정된 보정계수설정부를 포함하며, The flow rate correction coefficient calculation means includes a correction coefficient setting unit in which correction coefficients (a, b) are set,
수학식 7에서와 같이, 유량보정계수 f(Re)를 연산하고,As in Equation 7, the flow rate correction coefficient f (Re) is calculated,
상기 a,b는 유량보정계수를 구하기 위한 보정계수로 설정된 값으로, 기준 유량과 상기 유량보정계수연산을 통해 구해지는 유량의 오차율을 구하고, 오차율을 이용하여 구해진 값인 것을 특징으로 한다.The a and b are values set as a correction coefficient for obtaining a flow rate correction coefficient, and obtain an error rate of a reference flow rate and a flow rate obtained through the flow rate correction operation, and are characterized by using the error rate.
그리고 상기 초음파속도연산수단의 보정값설정부, 유량보정계수연산수단의 보정계수설정부의 보정값(A), 보정계수(a,b) 값을 재설정할 수 있는 보정값재설정수단을 더 포함하여 구성될 수 있다. And further comprising a correction value setting means for resetting the correction value setting unit of the ultrasonic speed calculation means, the correction value (A), the correction coefficient (a, b) of the correction coefficient setting unit of the flow rate correction coefficient calculation means Can be.
상기 보정값재설정수단은 사용자가 보정 정보를 재설정할 수 있도록 재설정모드선택수단과, 초음파도달시간 보정값(A)의 재설정을 위한 온도입력수단과, 보정계수(a,b)의 재설정을 위한 기준유량을 입력하기 위한 기준유량입력수단과, 재설정모드선택수단을 통해 생산설정모드 설정 시 상기 온도입력수단을 통해 입력된 기준 온도계의 온도 값과 현재 연산된 수온과의 차이를 대비하여 오차를 구하고, 구해진 오차에 따라서 수온을 구하기 위한 초음파도달시간에 대한 보정값(A)을 재설정하는 초음파도달시간 보정값설정수단과, 재설정모드선택수단을 통해 생산설정모드 시 기준유량입력수단을 통해 입력된 기준유량을 이용하여 오차율을 구하고, 그 오차율에 따라서 유량보정계수를 구하기 위한 보정계수(a,b)를 연산하여 재설정하는 유량보정계수설정수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The correction value resetting means is a reset mode selection means for allowing the user to reset the correction information, a temperature input means for resetting the ultrasonic arrival time correction value (A), and a reference for resetting the correction coefficients (a, b). When setting the production setting mode through the reference flow rate input means and the reset mode selection means for inputting the flow rate, an error is calculated by comparing the difference between the temperature value of the reference thermometer entered through the temperature input means and the currently calculated water temperature, According to the obtained error, the ultrasonic arrival time correction value setting means for resetting the correction value (A) for the ultrasonic arrival time to obtain the water temperature, and the reference flow rate input through the reference flow rate input means in the production setting mode through the reset mode selection means It is characterized by comprising a flow rate correction coefficient setting means for calculating and resetting the correction coefficients (a, b) for obtaining the error rate by using and calculating the flow rate correction coefficient according to the error rate.
Claims (9)
상기 레이놀즈 수 연산과정은, 상기 초음파시간 측정과정에서 구한 초음파 시간으로 초음파 속도를 연산하는 초음파속도연산과정과, 상기 초음파속도연산과정에서 구한 초음파 속도를 이용하여 수온을 연산하는 수온연산과정과, 설정된 수온에 따른 유체의 점성값 관계테이블 정보로부터 수온에 따른 유체의 점성계수(Viscosity)를 구하는 점성계수연산과정과, 상기 선유속연산과정에서 구한 선유도와 점성계수연산과정에서 구한 점성계수를 이용하여 레이놀즈 수를 연산하는 레이놀즈수연산과정을 포함하며,
레이놀즈수는
V;선유속, D;파이프 직경, Vis ; 물의 온도에 따른 점성계수
와 같이 구하며,
상기 유량보정계수연산과정은, f(Re)=a*log(Re)+b 에 따라 유량보정계수 f(Re)를 연산하며, 상기 a,b는 유량보정계수를 구하기 위한 보정계수로 설정된 값이며, 기준 유량과 상기 유량보정계수연산을 통해 구해지는 유량의 오차율을 구하고, 이를 통해 얻어지는 값인 것을 특징으로 하며, 상기 초음파속도연산과정은 초음파속도(C)를 구할 때, 초음파 도달시간(TOF)에 대한 보정값(A)을 적용하여 구하도록 하며,
상기 초음파 도달시간 보정값(A)은 온도별 초음파도달시간에 대한 시험데이터로 구해진 값으로서 설정된 값으로, 기준 온도 상에서 초음파 도달시간을 시험 데이터로 얻어 그 오차율을 구하고 이를 통해 얻어지는 값인 것을 특징으로 하며,
생산 공정 상에서 제조되는 각 초음파 수도 계량기의 설정된 보정정보를 재설정하는 보정값재설정과과정을 더 포함하며,
상기 보정값재설정과정은 생산설정모드 설정 시 입력된 기준 온도계의 온도 값과 현재 연산된 수온과의 차이를 대비하여 오차를 구하고, 구해진 오차에 따라서 수온을 구하기 위한 초음파도달시간에 대한 보정값(A)을 재설정하는 초음파도달시간 보정값설정과정과,
생산설정모드 시 입력된 기준유량을 이용하여 오차율을 구하고, 그 오차율에 따라서 유량보정계수를 구하기 위한 보정계수(a,b)를 연산하여 재설정하는 유량보정계수설정과정으로 이루어지며,
상기 오차율은 유속 별로 구해진 수도 계량 시험대 기준 유량과 상기 유량보정과정을 통해 얻어지는 유량의 대비를 통해 구해진 값으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 수도 계량기의 유량 측정 방법. The ultrasonic time measurement process for measuring the ultrasonic time (Tdown, Tup) for each ultrasonic sensor path in the same direction as the fluid flow direction and the opposite direction to the flow direction of the fluid, and the ultrasonic time (Tdown, calculated in the ultrasonic time measurement process) A linear flow calculation process for calculating the linear flow velocity in a pipe using a time difference between Tup) and ultrasonic time (Tdown, Tup), a flow calculation procedure for calculating the flow rate using the linear flow velocity, and the measurement of the ultrasonic time The Reynolds number is calculated by calculating the ultrasonic velocity using the ultrasonic time obtained in the process, and obtaining the viscosity of the fluid using the ultrasonic velocity to calculate the viscosity of the fluid and the Reynolds number including the external pressure conditions (flow velocity and shear force). In the flow calculation process using a flow correction coefficient calculation process to obtain a flow correction coefficient (Flow Velocity Profile Factor) using a Reynolds number obtained through the process and the Reynolds number calculation process, and in the flow calculation process using a flow correction coefficient (Flow Velocity Profile Factor) It consists of a flow rate correction process to obtain the final flow rate by correcting the obtained flow rate.
The Reynolds number calculation process includes: an ultrasonic speed calculation process for calculating the ultrasonic speed with the ultrasonic time obtained in the ultrasonic time measurement process; and a water temperature calculation process for calculating the water temperature using the ultrasonic speed obtained in the ultrasonic speed calculation process, and Reynolds using the viscous coefficient calculation process to obtain the viscosity of the fluid according to the water temperature from the relationship table information of the viscosity value of the fluid according to the water temperature, and the viscosity derived from the linearity derived from the linear flow calculation process and the viscous coefficient calculation process. Includes Reynolds number calculation process for calculating numbers,
Reynolds number
V; line velocity, D; pipe diameter, Vis; Viscosity coefficient according to water temperature
With
The flow correction coefficient calculation process calculates a flow correction coefficient f (Re) according to f (Re) = a * log (Re) + b, and a and b are values set as correction coefficients for obtaining a flow correction coefficient It is characterized by obtaining the error rate of the reference flow rate and the flow rate obtained through the flow rate correction coefficient operation, and is a value obtained through this, and the ultrasonic speed calculation process is the ultrasonic arrival time (TOF) when obtaining the ultrasonic speed (C). To obtain by applying the correction value for (A),
The ultrasonic arrival time correction value (A) is a value obtained as a test data for ultrasonic arrival time for each temperature, and is a value obtained by obtaining an ultrasonic arrival time as a test data on a reference temperature and obtaining an error rate thereof. ,
Further comprising the process of resetting the calibration value for resetting the set calibration information of each ultrasonic water meter manufactured in the production process,
In the process of resetting the correction value, an error is obtained by comparing the difference between the temperature value of the reference thermometer inputted when the production setting mode is set and the currently calculated water temperature, and a correction value for the ultrasonic arrival time (A) for obtaining the water temperature according to the obtained error. ) To reset the ultrasonic arrival time correction value setting process,
In the production setting mode, an error rate is calculated using the input reference flow rate, and a correction coefficient (a, b) is calculated and reset to calculate the flow rate correction coefficient according to the error rate.
The error rate is a method for measuring the flow rate of an ultrasonic water meter characterized in that it consists of a value obtained through a comparison of a reference flow rate of a water metering test table obtained for each flow rate and a flow rate obtained through the flow rate correction process.
상기 제어수단은 유체의 흐름 방향과 같은 방향과 유체의 흐름 방향과 반대 방향에 대한 초음파 센서 경로 별 초음파 시간(Tdown, Tup)을 측정하는 초음파시간측정수단과, 상기 초음파시간 측정수단에서 연산된 초음파시간(Tdown, Tup)과 초음파시간(Tdown, Tup)의 시간차이를 이용하여 파이프 내의 선유속을 연산하는 선유속연산수단과, 선유속을 이용하여 유량을 연산하는 유량연산수단과, 상기 초음파시간 측정수단에서 구한 초음파 시간으로 초음파 속도를 연산하고, 상기 초음파 속도를 이용하여 유체의 점성계수(Viscosity)를 구하여 유체의 점성도 및 외부 압력조건(유속,전단력)을 포함하는 레이놀즈 수를 연산하는 레이놀즈 수 연산수단과, 레이놀즈수 연산과정을 통해 구한 레이놀즈 수를 이용하여 유량 보정계수 (Flow Velocity Profile Factor)를 구하는 유량보정계수연산수단과, 유량 보정계수(Flow Velocity Profile Factor)를 이용하여 상기 유량연산수단에서 구한 유량을 보정하여 최종 유량을 구하는 유량보정수단으로 구성된 것을 특징으로 하며,
상기 레이놀즈수 연산수단은 초음파속도(C)를 구할 때, 초음파 도달시간(TOF)에 대한 보정값(A)을 적용하여 구할 수 있도록 보정값설정부를 포함하며,
L: 초음파 경로길이
상기 초음파 도달시간 보정값(A)은 온도별 초음파도달시간에 대한 시험데이터로 구해진 값으로서 설정된 값으로, 기준 온도 상에서 초음파 도달시간을 시험 데이터로 얻어 그 오차율을 구하고 이를 통해 얻어지는 값이고,
상기 유량보정계수연산수단은, 보정계수(a,b)가 설정된 보정계수설정부를 포함하며, f(Re)=a*log(Re)+b 에 따라 유량보정계수 f(Re)를 연산하고,
상기 a,b는 유량보정계수를 구하기 위한 보정계수로 설정된 값으로, 기준 유량과 상기 유량보정계수연산을 통해 구해지는 유량의 오차율을 구하고, 이를 이용하여 구해진 값인 것을 특징으로 하며,
상기 레이놀즈수 연산수단에서 초음파속도를 연산하기 위한 보정값설정부, 유량보정계수연산수단의 보정계수설정부의 보정값(A), 보정계수(a,b) 값을 재설정할 수 있는 보정값재설정수단을 더 포함하여 구성되며,
상기 보정값재설정수단은 사용자가 보정 정보를 재설정할 수 있도록 재설정모드선택수단과, 초음파도달시간 보정값(A)의 재설정을 위한 온도입력수단과, 보정계수(a,b)의 재설정을 위한 기준유량을 입력하기 위한 기준유량입력수단과, 재설정모드선택수단을 통해 생산설정모드 설정 시 상기 온도입력수단을 통해 입력된 기준 온도계의 온도 값과 현재 연산된 수온과의 차이를 대비하여 오차를 구하고, 구해진 오차에 따라서 수온을 구하기 위한 초음파도달시간에 대한 보정값(A)을 재설정하는 초음파도달시간 보정값설정수단과, 재설정모드선택수단을 통해 생산설정모드 시 기준유량입력수단을 통해 입력된 기준유량을 이용하여 오차율을 구하고, 그 오차율에 따라서 유량보정계수를 구하기 위한 보정계수(a,b)를 연산하여 재설정하는 유량보정계수설정수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 수도 계량기.Consists of an ultrasonic sensor for transmitting and receiving ultrasonic waves through a pipe, a control means for calculating a flow rate using a value obtained from the ultrasonic sensor, and an ultrasonic water meter for a water meter including a display means for displaying the flow rate obtained from the control means. And
The control means includes ultrasonic time measuring means for measuring ultrasonic time (Tdown, Tup) for each ultrasonic sensor path in the same direction as the flow direction of the fluid and in the opposite direction to the flow direction of the fluid, and the ultrasonic wave calculated by the ultrasonic time measuring means A linear flow calculation means for calculating the linear flow velocity in the pipe using a time difference between time (Tdown, Tup) and ultrasonic time (Tdown, Tup), a flow calculation means for calculating the flow rate using the linear flow velocity, and the ultrasonic time The Reynolds number calculates the ultrasonic velocity using the ultrasonic time obtained by the measuring means, and calculates the viscosity of the fluid using the ultrasonic velocity to calculate the viscosity of the fluid and the Reynolds number including external pressure conditions (flow velocity, shear force). Flow means for calculating the flow rate correction factor (Flow Velocity Profile Factor) using the calculation means, Reynolds number calculated through the Reynolds number calculation process, and the flow rate calculation means using the flow rate correction factor (Flow Velocity Profile Factor) It is characterized by consisting of a flow rate correction means for obtaining the final flow rate by correcting the flow rate obtained from,
The Reynolds number calculation means includes a correction value setting unit so as to obtain the ultrasonic velocity (C) by applying the correction value (A) for the ultrasonic arrival time (TOF),
L: ultrasonic path length
The ultrasonic arrival time correction value (A) is a value set as the value obtained as the test data for the ultrasonic arrival time for each temperature, and is the value obtained by obtaining the ultrasonic arrival time as the test data on the reference temperature and obtaining the error rate.
The flow rate correction coefficient calculation means includes a correction coefficient setting unit in which the correction coefficients (a, b) are set, and calculates the flow rate correction coefficient f (Re) according to f (Re) = a * log (Re) + b,
The a, b is a value set as a correction coefficient to obtain a flow rate correction coefficient, and obtains an error rate of a reference flow rate and a flow rate obtained through the flow rate correction calculation, and is a value obtained by using the error rate.
Correction value setting unit for resetting the correction value setting unit (A) and correction coefficient (a, b) values of the correction value setting unit for calculating the ultrasonic velocity in the Reynolds number calculation unit, and the correction coefficient setting unit of the flow correction coefficient calculation unit It comprises more,
The correction value resetting means is a reset mode selection means for allowing the user to reset the correction information, a temperature input means for resetting the ultrasonic arrival time correction value (A), and a reference for resetting the correction coefficients (a, b). When setting the production setting mode through the reference flow rate input means and the reset mode selection means for inputting the flow rate, an error is calculated by comparing the difference between the temperature value of the reference thermometer entered through the temperature input means and the currently calculated water temperature, According to the obtained error, the ultrasonic arrival time correction value setting means for resetting the correction value (A) for the ultrasonic arrival time to obtain the water temperature, and the reference flow rate input through the reference flow rate input means in the production setting mode through the reset mode selection means An ultrasonic water meter comprising a flow rate correction coefficient setting means for calculating and resetting the correction coefficients (a, b) for obtaining an error rate using the error rate and obtaining a flow rate correction coefficient according to the error rate.
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