KR102410147B1 - Ultrasonic flowmeter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파 유량계에 관한 것이다.
본 발명에 따른 초음파 유량계는, 관로에 삽입설치되는 것으로서 중공형으로 이루어져 내부를 통해 유체가 흐르는 측정관; 유체의 유속을 측정하기 위한 것으로서 유체의 흐름방향을 따라 상호 이격되게 측정관에 설치되며 상호 대응하여 초음파를 수신 및 발신하는 초음파 진동자 쌍을 적어도 한 쌍 구비하는 메인센싱유닛; 메인센싱유닛의 신뢰성을 검사하기 위한 것으로서 유체의 흐름방향을 따라 상호 이격되게 측정관에 설치되며 상호 대응하여 초음파를 수신 및 발신하는 초음파 진동자 쌍을 적어도 한 쌍 구비하는 비교센싱유닛; 및 메인센싱유닛 및 비교센싱유닛의 작동을 제어하며 메인센싱유닛으로부터 전달된 신호를 이용하여 제1유속값을 산출하며, 비교센싱유닛으로부터 전달된 신호를 이용하여 제2유속값을 산출하고, 제1유속값과 제2유속값을 비교하여 제1유속값과 제2유속값의 차이가 기준치 내에 있을 때 제1유속값을 이용하여 유체의 유속을 결정하는 콘트롤러;를 구비하는 것에 특징이 있다. The present invention relates to an ultrasonic flow meter.
Ultrasonic flowmeter according to the present invention, as being inserted and installed in a pipe, made of a hollow measuring pipe through which a fluid flows; a main sensing unit having at least one pair of ultrasonic vibrators installed in the measuring tube to be spaced apart from each other along the flow direction of the fluid for measuring the flow velocity of the fluid and receiving and transmitting ultrasonic waves in correspondence with each other; A comparison sensing unit having at least one pair of ultrasonic vibrators installed in the measuring tube to be spaced apart from each other along the flow direction of the fluid and corresponding to each other to receive and transmit ultrasonic waves for testing the reliability of the main sensing unit; and controlling the operation of the main sensing unit and the comparison sensing unit, calculating a first flow velocity value using a signal transmitted from the main sensing unit, calculating a second flow velocity value using the signal transmitted from the comparison sensing unit, and A controller that compares the first flow rate value with the second flow rate value and determines the flow rate of the fluid by using the first flow rate value when the difference between the first flow rate value and the second flow rate value is within a reference value.
Description
본 발명은 초음파를 이용하여 유체의 유속 및 유량을 측정하기 위한 초음파 유량계에 관한 것이다. The present invention relates to an ultrasonic flow meter for measuring the flow rate and flow rate of a fluid using ultrasonic waves.
초음파 유량계는 초음파를 이용하여 유체의 유속 및 유량을 측정한다. 도 1은 초음파 유량계의 기본적 구성과 유속 측정 원리를 설명하기 위한 것이다. Ultrasonic flowmeters measure the flow rate and flow rate of a fluid using ultrasonic waves. 1 is for explaining the basic configuration of the ultrasonic flow meter and the flow rate measurement principle.
도 1을 참고하면, 초음파 유량계(9)는 중공형의 측정관 본체(1)를 구비하며, 그 양측에는 각각 플랜지부(1a,1b)가 돌출 형성된다. 측정관 본체(1)는 유체가 지나는 관로, 예컨대 상수관(p)에 삽입 설치되어, 본체(1)의 내측으로 유체가 흐른다. 도 1에서 유체는 좌측에서 우측으로 V의 속도로 흐른다. 또한 측정관 본체(1)에는 적어도 한 쌍의 초음파 진동자(3,4)가 설치된다. 초음파 진동자(3,4)는 측정관 본체(1)의 외측벽에 장착될 수도 있으며, 도 1과 같이 새들(5,6)을 통해 측정관 본체(1)의 내측까지 삽입 설치될 수도 있다. 도 1을 보면, 한 쌍의 초음파 진동자(3,4)를 연결하는 직선은 유체의 흐름방향에 대하여 경사지게 배치되며, L의 길이를 가진다. 일측의 초음파 진동자(3)에서 송신한 초음파는 유체를 지나 타측의 초음파 진동자(4)에 수신되며, 역으로 타측의 초음파 진동자(4)에서 송신한 초음파는 일측의 초음파 진동자(3)에 수신된다. 이렇게 양방향으로 초음파가 전달될 때의 시간을 각각 TBA, TAB라고 하면, TBA가 TAB에 비하여 짧다. TBA는 초음파가 유체의 흐름방향을 따라 순방향으로 전파될 때의 시간이고, 거꾸로 TAB는 유체의 흐름방향을 거스르는 역방향으로 전파될 때의 시간이기 때문이다. 유체가 정지하고 있다면 TBA, TAB는 동일하겠지만, 유체가 흐르고 있는 경우라면 유속에 영향을 받아 초음파 전달 시간 차이가 발생한다. 초음파 유량계는 이러한 원리를 이용하여 유속을 측정한다. 유속이 측정되면, 관로의 단면적(유체가 모두 채워진 경우 전제)을 유속과 곱하면 유량을 산출할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the
초음파 유량계는 이미 널리 활용되고 있지만, 산업 현장에서는 초음파 유량계가 지시하는 측정값이 정확한지에 대하여 의문이 제기되곤 한다. 초음파 유량계의 외부에서는 내부가 보이지 않고 단지 측정값만 디스플레이하기 때문에 나타나는 일종의 불안감이다. 또는 초음파 유량계가 고장이나, 초음파 진동자 센서의 오작동을 육안으로 확인할 수 없기 때문에 이러한 현상이 나타난다. Ultrasonic flowmeters are already widely used, but in industry, questions are often raised as to whether the measurement values indicated by ultrasonic flowmeters are accurate. It is a kind of anxiety that appears because the inside of the ultrasonic flowmeter is not visible from the outside and only the measured value is displayed. Alternatively, this phenomenon occurs because the failure of the ultrasonic flowmeter or the malfunction of the ultrasonic vibrator sensor cannot be visually confirmed.
이에 현장에서는 주기적으로 별도의 유량계를 설치한 후 유량값을 비교 측정하고 현재 설치되어 있는 초음파 유량계의 측정값이 신뢰할 수 있는지를 검토한다. 그러나 이러한 과정은 그 자체로서 매우 번거로울 뿐만 아니라, 유체를 정지시켜야 하는 어려움이 있다. 또는 외벽부착식 유량계를 추가 설치하여 비교해야하는데, 비교용 외벽부착식 유량계의 경우 설치하는 사람의 숙련도에 따라 측정오차가 변하므로 측정값이 정확한지에 대한 의문은 완전히 해소하기 어렵다. Therefore, the site periodically installs a separate flow meter, compares and measures the flow rate, and reviews whether the currently installed ultrasonic flow meter is reliable. However, this process itself is very cumbersome, and there is a difficulty in stopping the fluid. Alternatively, an external wall-mounted flowmeter must be additionally installed for comparison. In the case of an external wall-mounted flowmeter for comparison, the measurement error changes depending on the skill of the installer, so it is difficult to completely resolve the question of whether the measured value is accurate.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자체적으로 비교유량계를 포함하고 있어 주기적인 현장 교정의 번거로움을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 유량계의 고장 유무 및 측정 신뢰성을 즉시 검증할 수 있도록 구조가 개선된 초음파 유량계를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention is intended to solve the above problems, and it includes a comparative flowmeter by itself, so it can solve the inconvenience of periodic on-site calibration, and the structure is improved so that the presence or absence of a failure of the flowmeter and measurement reliability can be immediately verified. An object of the present invention is to provide an ultrasonic flow meter.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.On the other hand, other objects not specified in the present invention will be additionally considered within the range that can be easily inferred from the following detailed description and effects thereof.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초음파 유량계는,관로에 삽입설치되는 것으로서, 중공형으로 이루어져 내부를 통해 유체가 흐르는 측정관; 유체의 유속을 측정하기 위한 것으로서, 유체의 흐름방향을 따라 상호 이격되게 상기 측정관에 설치되며 상호 대응하여 초음파를 수신 및 발신하는 초음파 진동자 쌍을 적어도 한 쌍 구비하는 메인센싱유닛; 상기 메인센싱유닛의 신뢰성을 검사하기 위한 것으로서, 유체의 흐름방향을 따라 상호 이격되게 상기 측정관에 설치되며 상호 대응하여 초음파를 수신 및 발신하는 초음파 진동자 쌍을 적어도 한 쌍 구비하는 비교센싱유닛; 상기 메인센싱유닛 및 비교센싱유닛의 작동을 제어하며, 상기 메인센싱유닛으로부터 전달된 신호를 이용하여 제1유속값을 산출하며, 상기 비교센싱유닛으로부터 전달된 신호를 이용하여 제2유속값을 산출하고, 상기 제1유속값과 제2유속값을 비교하여 상기 제1유속값과 제2유속값의 차이가 기준치 내에 있을 때 상기 제1유속값을 이용하여 유체의 유속을 결정하는 콘트롤러;를 구비하는 것에 특징이 있다. Ultrasonic flowmeter according to the present invention for achieving the above object, As being inserted and installed in a pipe, a measuring pipe made of a hollow type through which a fluid flows; A main sensing unit for measuring the flow velocity of a fluid, which is installed in the measuring tube to be spaced apart from each other along the flow direction of the fluid and includes at least one pair of ultrasonic vibrator pairs for receiving and transmitting ultrasonic waves in correspondence with each other; a comparison sensing unit having at least one pair of ultrasonic vibrator pairs installed in the measuring tube to be spaced apart from each other along the flow direction of the fluid and to receive and transmit ultrasonic waves in correspondence to each other; The operation of the main sensing unit and the comparison sensing unit is controlled, a first flow velocity value is calculated using a signal transmitted from the main sensing unit, and a second flow velocity value is calculated using a signal transmitted from the comparison sensing unit. and a controller that compares the first flow rate value with the second flow rate value and determines the flow rate of the fluid using the first flow rate value when the difference between the first flow rate value and the second flow rate value is within a reference value. It is characterized by
본 발명에 따르면, 상기 콘트롤러는 제1유속값과 제2유속값의 차이가 기준치 내에 있을 때, 상기 제1유속값을 유체의 유속으로 결정할 수 있다. According to the present invention, when the difference between the first flow rate value and the second flow rate value is within a reference value, the controller may determine the first flow rate value as the flow rate of the fluid.
또한 본 발명의 일 예에서, 상기 콘트롤러는 제1유속값과 제2유속값의 차이가 기준치 내에 있을 때, 상기 제1유속값과 제2유속값을 평균한 값을 유체의 유속으로 결정할 수도 있다. Also, in an example of the present invention, when the difference between the first flow rate value and the second flow rate value is within a reference value, the controller may determine the average value of the first flow rate value and the second flow rate value as the flow rate of the fluid. .
본 발명의 일 예에서, 상기 메인센싱유닛 및 비교센싱유닛의 초음파 진동자 쌍에서 일측의 초음파진동자에서 발사한 초음파는 상기 측정관의 내벽에서 반사하는 “V”법 또는 직선 경로의 “Z”법 형태로 타측의 초음파진동자에 전달된다. In an example of the present invention, the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic vibrator on one side of the ultrasonic vibrator pair of the main sensing unit and the comparison sensing unit is reflected from the inner wall of the measuring tube in the “V” method or in the “Z” method of a straight path is transmitted to the ultrasonic vibrator on the other side.
또는 상기 메인센싱유닛 및 비교센싱유닛의 초음파 진동자 쌍에서 일측의 초음파진동자에서 발사한 초음파는 상기 측정관의 내벽에서 반사하여 “V”법 또는 직선 경로의“Z”법 형태로 타측의 초음파진동자에 전달된다. Alternatively, the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic vibrator on one side of the pair of ultrasonic vibrators of the main sensing unit and the comparison sensing unit is reflected from the inner wall of the measuring tube to the ultrasonic vibrator on the other side in the form of “V” method or “Z” method of a straight path. is transmitted
본 발명의 일 예에서, 상기 메인센싱유닛 및 비교센싱유닛에는 초음파 진동자쌍이 각각 복수 개 배치되며, 각 쌍의 초음파 진동자쌍은 상기 측정관의 반경방향을 따라 상호 이격되게 배치되며, 상기 초음파 진동자 쌍을 연결하는 직선은 상기 유체의 유속방향에 대하여 경사지게 배치된다. In an example of the present invention, a plurality of ultrasonic vibrator pairs are respectively disposed in the main sensing unit and the comparison sensing unit, and each pair of ultrasonic vibrator pairs are disposed to be spaced apart from each other in a radial direction of the measuring tube, and the ultrasonic vibrator pair A straight line connecting the is inclined with respect to the flow direction of the fluid.
본 발명의 일 예에서, 상기 메인센싱유닛 및 비교센싱유닛에는 초음파 진동자쌍이 각각 복수 개 배치되며, 각 쌍의 초음파 진동자쌍은 상기 측정관의 반경방향을 따라 상호 이격되게 배치되며, 상기 초음파 진동자 쌍의 일측 초음파 진동자에서 발사한 초음파는 상기 측정관의 내벽에서 반사되어 “V”법 또는 “Z”법 형태로 타측의 초음파진동자에 전달되며, 상기 초음파가 상기 측정관의 내벽에 반사되는 지점에는 반사판이 설치된다. In an example of the present invention, a plurality of ultrasonic vibrator pairs are respectively disposed in the main sensing unit and the comparison sensing unit, and each pair of ultrasonic vibrator pairs are disposed to be spaced apart from each other in a radial direction of the measuring tube, and the ultrasonic vibrator pair Ultrasonic waves emitted from one ultrasonic vibrator of this is installed
본 발명에 따른 초음파 유량계에서는 유속을 측정하는 메인센싱유닛 이외에 메인센싱유닛이 정상 작동되고 있으며, 측정값에 오류가 없는지를 실시간으로 검토할 수 있는 비교센싱유닛을 구비함으로써, 유속 및 유량 측정의 신뢰도가 향상된다는 이점이 있다. In the ultrasonic flowmeter according to the present invention, in addition to the main sensing unit for measuring the flow rate, the main sensing unit is operating normally, and by having a comparison sensing unit that can review in real time whether there is an error in the measured value, the reliability of the flow rate and flow rate measurement has the advantage of being improved.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.On the other hand, even if it is an effect not explicitly mentioned herein, it is added that the effects described in the following specification expected by the technical features of the present invention and their potential effects are treated as described in the specification of the present invention.
도 1은 초음파 유량계의 구성 및 측정원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 직선 경로로 초음파가 전달되는 형태의 초음파 유량계를 설명하기 위한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 형태의 초음파 유량계를 수평분할방식으로 다회선 유량계로 구성한 것이다.
도 4는 초음파가 측정관의 내벽에서 반사되어 전달되는 3가지 형태의 유량계를 설명하기 위한 것이다.
도 5는 콘트롤러에서 메인센싱유닛과 비교센싱유닛의 측정값을 이용하여 유속을 결정하는 알고리즘을 나타낸 것이다.
도 6은 V법을 이용한 수평분할방식의 다회선 형태의 비교센싱유닛을 설명
하기 위한 도면이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.1 is a view for explaining the configuration and measurement principle of the ultrasonic flow meter.
2 is for explaining an ultrasonic flow meter of a type in which ultrasonic waves are transmitted in a straight path.
3 is a configuration of the ultrasonic flow meter of the type shown in FIG. 2 as a multi-line flow meter in a horizontal division method.
4 is for explaining three types of flowmeters in which ultrasonic waves are reflected from the inner wall of the measuring tube and transmitted.
5 is a diagram illustrating an algorithm for determining the flow rate using the measurement values of the main sensing unit and the comparison sensing unit in the controller.
6 illustrates a comparative sensing unit in the form of a horizontal division using a multi-line type using the V method.
It is a drawing for
※ It is revealed that the accompanying drawings are exemplified as a reference for understanding the technical idea of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, the configuration of the present invention guided by various embodiments of the present invention and effects resulting from the configuration will be described with reference to the drawings. In the description of the present invention, if it is determined that related known functions are obvious to those skilled in the art and may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명에 따른 초음파 유량계는 측정관, 메인센싱유닛, 비교센싱유닛 및 콘트롤러를 구비한다. The ultrasonic flow meter according to the present invention includes a measuring tube, a main sensing unit, a comparison sensing unit, and a controller.
도 1에 도시된 바와 같이, 측정관은 유체가 흐르는 관로, 예컨대 수도관에 삽입설치되는 것으로서, 주로 볼트와 너트에 의하여 플랜지 접합된다. 측정관은 중공형으로 내부에 유체가 흐를 수 있는 유로가 형성된다. As shown in FIG. 1 , the measuring pipe is inserted into a pipe through which a fluid flows, for example, a water pipe, and is mainly flange-joined by bolts and nuts. The measuring tube is hollow, and a flow path through which a fluid can flow is formed therein.
메인센싱유닛은 적어도 하나의 초음파 진동자 쌍으로 이루어진다. 종래기술에서 설명한 바와 같이, 한 쌍의 초음파 진동자 쌍은 상호 대응하여 초음파를 송신 및 수신한다. 초음파가 유체를 통과하면서 유체의 속도에 영향을 받기 때문에, 일측에서 타측으로 초음파가 전달될 때와 반대방향으로 전달될 때의 전달시간의 차이가 발생한다. The main sensing unit includes at least one pair of ultrasonic vibrators. As described in the prior art, a pair of ultrasonic vibrator pairs correspond to each other to transmit and receive ultrasonic waves. Since ultrasonic waves are affected by the velocity of the fluid while passing through the fluid, a difference in delivery time occurs between when ultrasonic waves are transferred from one side to the other and when they are transferred in the opposite direction.
콘트롤러(미도시)는 초음파 진동자와 전기적으로 연결되어 있어 초음파 발사 신호를 송출하며, 일측 초음파 진동자에서의 초음파 발사시간 및 타측 초음파 진동자에서의 초음파 수신시간을 전송받는다. 발사시간과 수신시간을 이용하여 초음파 전달시간을 연산하며, 순방향과 역방향에서 초음파의 전달시간의 차이를 산출한다. The controller (not shown) is electrically connected to the ultrasonic vibrator and transmits an ultrasonic wave signal, and receives an ultrasonic wave time from one ultrasonic vibrator and an ultrasonic wave reception time from the other ultrasonic vibrator. The ultrasound transmission time is calculated using the emission time and the reception time, and the difference between the transmission time of the ultrasound in the forward direction and the reverse direction is calculated.
상기한 구성의 초음파 유량계에서 메인센싱유닛은 매우 다양한 형태를 사용할 수 있다. 즉, 초음파 진동자 쌍의 배치 개수(다회선 여부), 초음파의 전달경로(직선, V형, Z형, N형, W형, 직선 Z형 등), 초음파 진동자의 부착위치(외부장착 건식형, 내부장착 습식형) 등으로 분류할 수 있다. In the ultrasonic flow meter having the above configuration, the main sensing unit may use a very diverse form. That is, the number of arrangement of ultrasonic vibrator pairs (multi-line or not), the transmission path of ultrasonic waves (straight line, V-type, Z-type, N-type, W-type, straight Z-type, etc.), the attachment position of the ultrasonic vibrator (externally mounted dry type, It can be classified as internally mounted wet type).
도 2에는 초음파가 직선 형태로 전달되는 형태가 도시되어 있다. 즉 초음파 진동자 쌍이 측정관의 양측(또는 상하측)에 각각 배치되어 있고, 초음파가 유체를 거쳐 경사진 직선으로 전달되는 형태로서 가장 기본적이며 많이 사용되는 형태이다. 도 2에는 초음파 진동자 쌍을 하나만 배치하는 것처럼 되어 있지만, 일반적으로는 도 3에 도시된 바와 같이 측정관의 반경방향을 따라 복수의 초음파 진동자 쌍이 배치되는 다회선 초음파 유량계가 많이 사용된다. 도 3에 도시된 형태(수평분할형 다회선 유량계)에서는 가장자리에 배치된 초음파 진동자쌍에서 발사된 초음파는 측정관의 중앙부를 가로지르지 않는다. 그러나 다회선으로 유량계를 구성하더라도 모든 회선의 초음파가 측정관의 중앙을 가로지르도록 설치할 수도 있다. 2 shows a form in which ultrasonic waves are transmitted in a straight line. That is, a pair of ultrasonic vibrators are disposed on both sides (or upper and lower sides) of the measuring tube, respectively, and the ultrasonic wave is transmitted in an inclined straight line through the fluid, which is the most basic and widely used form. Although it is shown in FIG. 2 that only one pair of ultrasonic vibrators is disposed, in general, as shown in FIG. 3 , a multi-line ultrasonic flowmeter in which a plurality of pairs of ultrasonic vibrators are disposed along the radial direction of the measuring tube is widely used. In the form shown in FIG. 3 (horizontal split type multi-line flowmeter), the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic vibrator pair disposed at the edge does not cross the central part of the measuring tube. However, even if the flowmeter is composed of multiple lines, it may be installed so that the ultrasonic waves of all lines cross the center of the measuring tube.
도 4에는 초음파가 측정관의 내벽에서 반사되면서 전달되는 형태들이 도시되어 있다. 도 4의 가장 위쪽의 도면은 이른바 'V'자 형태로 한 번 반사되는 경로를 가지는 형태, 두 번째는 'Z'자 형태로 두 번 반사되는 경로를 가진 형태, 세 번째는 'W'자 형태로 3번 반사되는 경로를 가진 형태가 도시되어 있다. 4 shows the forms in which ultrasonic waves are transmitted while being reflected from the inner wall of the measuring tube. The uppermost view of FIG. 4 is a so-called 'V' shape with a single reflection path, the second is a 'Z' shape with a double reflection path, and the third is a 'W' shape. A shape with a path reflected three times is shown.
본 발명에서는 메인센싱유닛으로 위에서 언급한 모든 형태를 사용할 수 있으며, 이 외에도 초음파의 전달 시간을 이용하여 유속을 측정하는 다른 형태의 센싱유닛도 사용할 수 있다는 점을 첨언한다. In the present invention, it is added that all the above-mentioned types can be used as the main sensing unit, and other types of sensing units that measure the flow rate using the transmission time of ultrasound can also be used.
한편, 지금까지 언급한 측정관, 메인센싱유닛 및 콘트롤러는 기존의 초음파 유량계에서 모두 포함되어 있는 공지의 구성이다. On the other hand, the measuring tube, the main sensing unit, and the controller mentioned so far are all known configurations that are included in the existing ultrasonic flowmeter.
본 발명에서는 공지의 구성 이외에 비교센싱유닛을 더 구비하며, 콘트롤러에서 비교센싱유닛의 측정값을 이용하여 메인센싱유닛의 정상 작동 여부 및 유속/유량을 결정하는 알고리즘이 구현된다는 점에 특징이 있다. The present invention is characterized in that it further includes a comparison sensing unit in addition to the known configuration, and an algorithm for determining whether the main sensing unit operates normally and the flow rate/flow rate using the measurement value of the comparison sensing unit in the controller is implemented.
비교센싱유닛의 물리적 구성 자체는 메인센싱유닛과 완전히 동일하다. 즉 적어도 한 쌍의 초음파 진동자를 구비하여, 메인센싱유닛과 마찬가지로 유체에 초음파를 발사 및 수신한다. 물론 비교센싱유닛을 이루는 각 초음파 진동자는 모두 콘트롤러에 전기적으로 연결되어 콘트롤러에 의하여 제어되며, 초음파 진동자에서 수신한 신호 역시 콘트롤러로 전송된다. The physical configuration of the comparison sensing unit itself is completely the same as that of the main sensing unit. That is, at least one pair of ultrasonic vibrators is provided to emit and receive ultrasonic waves to the fluid as in the main sensing unit. Of course, each ultrasonic vibrator constituting the comparison sensing unit is all electrically connected to the controller and controlled by the controller, and the signal received from the ultrasonic vibrator is also transmitted to the controller.
본 발명에서 비교센싱유닛이 실질적으로 메인센싱유닛과 동일한 구성으로 이루어져 있지만, 이를 특히 “비교센싱유닛”이라고 명명한 것은, 비교센싱유닛에에 의하여 측정된 유속값이 메인센싱유닛의 정상작동 여부를 판단하는 자료로 활용되기 때문이다. In the present invention, the comparison sensing unit has substantially the same configuration as the main sensing unit, but the fact that it is specifically named “comparison sensing unit” means that the flow rate value measured by the comparison sensing unit determines whether the main sensing unit operates normally. This is because it is used as a judgment data.
도 5에는 콘트롤러에 의하여 유속을 결정하는 알고리즘이 나타나 있다. 도 5를 참고하면, 메인센싱유닛을 이루는 적어도 하나의 초음파 진동자 쌍으로부터 초음파를 수발신하고, 콘트롤러는 초음파의 전달시간을 이용하여 유체의 속도, 제1속도를 산출한다. 그리고 비교센싱유닛을 이용하여 초음파를 수발신하여 유체의 속도, 즉 제2속도를 산출한다. 반드시 메인센싱유닛과 비교센싱유닛의 유속 측정은 순서대로 이루어져야 하는 것은 아니며 동시에 이루어지거나, 비교센싱유닛에서 먼저 이루어져도 무방하다. 제1속도와 제2속도는 동일하지 않고 차이가 존재하는데, 그 차이값이 허용할 수 있는 한계, 즉 기준치 이하인 경우에는 메인센싱유닛이 제대로 작동하고 있다는 것을 알 수 있다. 즉 종래기술에서도 설명하였지만, 초음파 유량계는 내부가 보이지 않기 때문에, 현장에서는 초음파 유량계의 정상 작동 여부에 대하여 불안감이 상존한다. 이에 주기적으로 현장 교정 작업을 수행하여 정상 작동 여부를 모니터링하였다. 그러나 본 발명에서는 비교센싱유닛에 의하여 별도로 측정된 유속과 메인센싱유닛에 의하여 측정된 유속을 비교함으로써 메인센싱유닛의 정상 작동 여부를 실시간으로 체크할 수 있다. 일반적으로 초음파 유량계의 오작동은 콘트롤러 등의 전장부품의 결함에 의한 것 보다는, 주로 초음파 진동자의 오작동에 의한 것이 대부분이다. 특히 초음파 진동자가 관로 내부로 삽입되는 습식 초음파 유량계에서는 초음파 진동자의 센싱면(초음파 발사 및 수신)에 스케일이 끼는 등으로 인하여 측정 오차가 발생하곤 한다. 이에 본 발명과 같이, 별도의 초음파 진동자를 이용하여 유속을 측정하는 경우 메인센싱유닛의 정상 작동 여부를 파악할 수 있다. 이러한 관점에서, 본 발명의 일 예에서는 메인센싱유닛의 초음파 진동자가 습식인 경우, 비교센싱유닛의 초음파 진동자는 관 외주면에 부착되는 건식 형태로 구비할 수도 있고, 메인센싱유닛과 비교센싱유닛을 모두 모두 외주면에 부착하는 건식형태로 구비할 수도 있다. 5 shows an algorithm for determining the flow rate by the controller. Referring to FIG. 5 , ultrasonic waves are received and transmitted from at least one pair of ultrasonic vibrators constituting the main sensing unit, and the controller calculates the fluid velocity and the first velocity using the ultrasonic transmission time. Then, the speed of the fluid, that is, the second speed, is calculated by receiving and transmitting ultrasonic waves using the comparison sensing unit. The flow velocity measurement of the main sensing unit and the comparison sensing unit does not necessarily have to be performed in order, but may be performed simultaneously or in the comparison sensing unit first. The first speed and the second speed are not the same and there is a difference. When the difference is less than an allowable limit, that is, a reference value, it can be seen that the main sensing unit is operating properly. That is, although described in the prior art, since the inside of the ultrasonic flowmeter is not visible, in the field, there is uncertainty about whether the ultrasonic flowmeter operates normally. To this end, regular on-site calibration work was performed to monitor normal operation. However, in the present invention, it is possible to check in real time whether the main sensing unit operates normally by comparing the flow rate separately measured by the comparison sensing unit with the flow rate measured by the main sensing unit. In general, the malfunction of the ultrasonic flowmeter is mostly due to the malfunction of the ultrasonic vibrator rather than the defect of the electronic components such as the controller. In particular, in a wet ultrasonic flowmeter in which an ultrasonic vibrator is inserted into a pipe, a measurement error often occurs due to a scale stuck on the sensing surface (emitting and receiving ultrasonic waves) of the ultrasonic vibrator. Accordingly, as in the present invention, when the flow velocity is measured using a separate ultrasonic vibrator, it is possible to determine whether the main sensing unit operates normally. From this point of view, in an example of the present invention, when the ultrasonic vibrator of the main sensing unit is wet, the ultrasonic vibrator of the comparison sensing unit may be provided in a dry type attached to the outer peripheral surface of the tube, and both the main sensing unit and the comparison sensing unit are provided. All of them may be provided in a dry type attached to the outer circumferential surface.
상기한 바와 같이, 제1속도와 제2속도의 차이가 기준치 내에있는 경우에는 메인센싱유닛이 제대로 작동하고 있는 것이므로, 메인센싱유닛에 의하여 측정된 제1속도를 유체의 유속으로 결정할 수 있다. 또는 제1속도와 제2속도의 평균값을 유체의 유속으로 결정할 수도 있다. As described above, when the difference between the first speed and the second speed is within the reference value, since the main sensing unit is operating properly, the first speed measured by the main sensing unit may be determined as the flow rate of the fluid. Alternatively, the average value of the first velocity and the second velocity may be determined as the flow velocity of the fluid.
비교센싱유닛은 앞에서 언급한 바와 같이, 도 2 및 도 3과 같이 초음파의 경로가 유체의 흐름방향에 대하여 경사진 직선 형태로 전파되는 경우, 도 4와 같이 초음파의 경로가 적어도 1회 반사되어 전파되는 경우를 모두 포함한다. 또한 도 3의 경우와 같은 다회선으로 구성되면서도, 도 4와 같이 초음파가 반사되는 경로로 구성할 수도 있다. 반사법을 이용하는 경우 도 2에 도시된 바와 같이 측정관의 중심면(측정관의 중심점을 지나며 측정관과 수평한 가상의 면) 상에서 초음파가 전파 및 반사된다. 초음파 진동자는 초음파의 입사각과 반사각을 고려하여 서로 대칭되게 배치된다. 그러나 도 4와 같이 수평분할 방식의 다회선을 이용하게 되면, 가장 자리에 배치된 초음파 진동자 쌍의 경우 일측의 초음파 진동자에서 발사된 초음파가 관 내벽에 반사된 후 대응되는 타측 진동자로 향하지 못하게 된다. 관 내벽이 원형으로 형성되었기 때문이다. 이에 본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이 측정관의 바닥면에서 초음파가 반사되는 지점에 평평한 반사면을 별도로 형성(반사판을 별도 부착)할 수도 있다. As mentioned above, in the comparative sensing unit, when the path of the ultrasonic wave propagates in a straight line inclined with respect to the flow direction of the fluid as shown in FIGS. 2 and 3, the path of the ultrasonic wave is reflected and propagated at least once as shown in FIG. Including all cases where In addition, while being configured as a multi-line as in the case of FIG. 3 , it may be configured as a path through which ultrasonic waves are reflected as in FIG. 4 . When the reflection method is used, ultrasonic waves are propagated and reflected on the central plane of the measuring tube (a virtual plane passing through the central point of the measuring tube and horizontal to the measuring tube) as shown in FIG. 2 . The ultrasonic vibrator is disposed symmetrically to each other in consideration of the angle of incidence and the angle of reflection of ultrasonic waves. However, when multiple lines of the horizontal division method are used as shown in FIG. 4 , in the case of a pair of ultrasonic vibrators disposed at the edge, the ultrasonic waves emitted from one side of the ultrasonic vibrator are reflected on the inner wall of the tube and then do not go to the corresponding other side vibrator. This is because the inner wall of the tube is formed in a circular shape. Accordingly, in the present invention, as shown in FIG. 6 , a flat reflective surface may be separately formed (a reflective plate is separately attached) at a point where the ultrasonic wave is reflected from the bottom surface of the measuring tube.
본 발명은 유량계에 대한 것이지만, 온도와 유량을 함께 측정하는 열량계 등에도 당연히 적용가능하다. Although the present invention relates to a flow meter, it is naturally applicable to a calorimeter that measures temperature and flow rate together.
본 발명의 보호범위가 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.The protection scope of the present invention is not limited to the description and expression of the embodiments explicitly described above. In addition, it is added once again that the protection scope of the present invention cannot be limited due to obvious changes or substitutions in the technical field to which the present invention pertains.
Claims (7)
유체의 유속을 측정하기 위한 것으로서, 유체의 흐름방향을 따라 상호 이격되게 상기 측정관에 설치되며 상호 대응하여 초음파를 수신 및 발신하는 초음파 진동자 쌍을 적어도 한 쌍 구비하는 메인센싱유닛;
상기 메인센싱유닛의 신뢰성을 검사하기 위한 것으로서, 유체의 흐름방향을 따라 상호 이격되게 상기 측정관에 설치되며 상호 대응하여 초음파를 수신 및 발신하는 초음파 진동자 쌍을 적어도 한 쌍 구비하는 비교센싱유닛;
상기 메인센싱유닛 및 비교센싱유닛의 작동을 제어하며, 상기 메인센싱유닛으로부터 전달된 신호를 이용하여 제1유속값을 산출하며, 상기 비교센싱유닛으로부터 전달된 신호를 이용하여 제2유속값을 산출하고, 상기 제1유속값과 제2유속값을 비교하여 상기 제1유속값과 제2유속값의 차이가 기준치 내에 있을 때 상기 제1유속값을 이용하여 유체의 유속을 결정하는 콘트롤러;를 구비하며,
상기 메인센싱유닛 및 비교센싱유닛에는 상기 초음파 진동자쌍이 각각 복수 개 배치되며, 각 쌍의 초음파 진동자쌍은 상기 측정관의 반경방향을 따라 상호 이격되게 배치되며,
상기 초음파 진동자쌍 중에서 상기 측정관의 가장 자리에 배치된 초음파 진동자 쌍의 경우 일측의 상기 초음파 진동자에서 발사된 초음파가 상기 측정관 내벽에 반사된 후 “V”자 또는 “Z”자 형태의 경로를 형성하며 타측에 대응되는 초음파진동자에 향할 수 있도록, 상기 측정관의 가장자리에 배치된 초음파 진동자에서 발사된 초음파가 상기 측정관의 바닥면에서 반사되는 지점에 평평한 반사면을 부착하며,
상기 메인센싱유닛의 초음파 진동자쌍과 상기 비교센싱유닛의 초음파 진동자쌍은 각각 상기 측정관의 길이방향을 따라 동일한 구간에서 유속을 측정하며,
상기 콘트롤러는 제1유속값과 제2유속값의 차이가 기준치 내에 있을 때, 상기 제1유속값을 유체의 유속으로 결정하거나 또는 상기 제1유속값과 제2유속값을 평균한 값을 유체의 유속으로 결정하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
As being inserted and installed in the pipe, the measuring pipe is made of a hollow type and a fluid flows through the inside;
A main sensing unit for measuring the flow velocity of a fluid, which is installed in the measuring tube to be spaced apart from each other along the flow direction of the fluid and includes at least one pair of ultrasonic vibrator pairs for receiving and transmitting ultrasonic waves in correspondence with each other;
a comparison sensing unit having at least one pair of ultrasonic vibrator pairs installed in the measuring tube to be spaced apart from each other along the flow direction of the fluid and corresponding to each other to receive and transmit ultrasonic waves for testing the reliability of the main sensing unit;
Controls the operation of the main sensing unit and the comparison sensing unit, calculates a first flow rate value using the signal transmitted from the main sensing unit, and calculates a second flow rate value using the signal transmitted from the comparison sensing unit and a controller that compares the first flow rate value with the second flow rate value and determines the flow rate of the fluid using the first flow rate value when the difference between the first flow rate value and the second flow rate value is within a reference value. and
A plurality of pairs of ultrasonic vibrators are respectively disposed in the main sensing unit and the comparison sensing unit, and the pairs of ultrasonic vibrators are disposed to be spaced apart from each other in a radial direction of the measuring tube,
In the case of an ultrasonic vibrator pair disposed at the edge of the measuring tube among the ultrasonic vibrator pairs, after the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic vibrator on one side are reflected on the inner wall of the measuring tube, a “V” or “Z”-shaped path is taken. and attaching a flat reflective surface to a point where the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic vibrator disposed at the edge of the measuring tube is reflected from the bottom surface of the measuring tube so as to be directed to the ultrasonic vibrator corresponding to the other side;
The ultrasonic vibrator pair of the main sensing unit and the ultrasonic vibrator pair of the comparison sensing unit measure the flow velocity in the same section along the longitudinal direction of the measuring tube, respectively,
When the difference between the first flow rate value and the second flow rate value is within a reference value, the controller determines the first flow rate value as the flow rate of the fluid or an average value of the first flow rate value and the second flow rate value of the fluid Ultrasonic flow meter, characterized in that determined by the flow rate.
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Patent Citations (1)
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