KR102446285B1 - 3­Dimensional Smokestack Velocimetry calibration method and Smokestack on Site Velocity Measurement System by using Nulling method - Google Patents

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KR102446285B1 KR1020200146123A KR20200146123A KR102446285B1 KR 102446285 B1 KR102446285 B1 KR 102446285B1 KR 1020200146123 A KR1020200146123 A KR 1020200146123A KR 20200146123 A KR20200146123 A KR 20200146123A KR 102446285 B1 KR102446285 B1 KR 102446285B1
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Abstract

본 발명은 굴뚝 현장 내 3차원 유속 측정시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 측정대상 유체가 배출되는 배출관 내에 삽입 설치되는 측정프루브; 상기 측정프루브 일측에 형성되는 제1측정홀, 상기 제1측정홀을 기준으로 상기 측정프루브의 원주방향 양단 각각에 형성되는 제2측정홀과 제3측정홀, 및 상기 제1측정홀을 기준으로 상기 측정프루브의 길이방향 양단 각각에 형성되는 제4측정홀과 제5측정홀; 상기 제1측정홀과 상기 제2측정홀에서의 차압을 측정하는 제1차압센서와, 제2측정홀과 상기 제3측정홀에서의 차압을 측정하는 제2차압센서와, 제4측정홀과 상기 제5측정홀에서의 차압을 측정하는 제3차압센서; 및 상기 측정프루브의 요각도와, 피치각과, 기 측정되어 저장된 교정 데이터와, 상기 제1, 제2, 제3 차압센서에서 측정된 차압을 기반으로 상기 측정대상 유체의 3차원 유속을 측정하는 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 유속 측정시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a three-dimensional flow velocity measurement system in a chimney site, and more particularly, to a measuring probe inserted and installed in a discharge pipe through which a fluid to be measured is discharged; A first measurement hole formed on one side of the measurement probe, a second measurement hole and a third measurement hole formed at both ends of the measurement probe in the circumferential direction with respect to the first measurement hole, and the first measurement hole as a reference a fourth measuring hole and a fifth measuring hole formed at both ends of the measuring probe in the longitudinal direction; a first differential pressure sensor for measuring the differential pressure between the first measurement hole and the second measurement hole; a second differential pressure sensor for measuring the differential pressure between the second measurement hole and the third measurement hole; and a fourth measurement hole; a third differential pressure sensor for measuring the differential pressure in the fifth measurement hole; and analysis of measuring the three-dimensional flow velocity of the fluid to be measured based on the yaw angle of the measurement probe, the pitch angle, the previously measured and stored calibration data, and the differential pressure measured by the first, second, and third differential pressure sensors It relates to a three-dimensional flow velocity measurement system comprising a;

Figure R1020200146123
Figure R1020200146123

Description

3차원 유속측정장치, 이를 이용한 굴뚝 현장 내 3차원 유속 측정시스템 및 측정방법{3­Dimensional Smokestack Velocimetry calibration method and Smokestack on Site Velocity Measurement System by using Nulling method}Three-dimensional flow velocity measurement device, and three-dimensional flow velocity measurement system and measurement method in a chimney using the same

본 발명은 3차원 유속측정장치, 이를 이용한 굴뚝 현장측정시스템 및 측정방법에 대한 것이다. The present invention relates to a three-dimensional flow velocity measuring device, a chimney field measuring system and a measuring method using the same.

국내 온실가스 배출의 약 70%를 차지하는 산업·발전부문은 주로 굴뚝을 통해서 온실가스가 배출되게 되는데, 온실가스 배출량 산정방법 중 가장 정확한 방법으로서 배출가스의 농도와 유량을 직접 측정하는 연속측정방법(CEM, Continuous Emission Measurement, Tier 4)가 있다. 도 1은 온실가스 배출량 산정을 위한 연속측정방법(배출가스농도와 유량의 실시간측정)의 모식도를 나타낸 것이다. 도 2는 굴뚝원격감시체제에서의 굴뚝유량(Flowrate)측정을 나타낸 모식도를 도시한 것이다. The industrial and power generation sector, which accounts for about 70% of domestic greenhouse gas emissions, mainly emits greenhouse gases through chimneys. CEM, Continuous Emission Measurement, Tier 4). 1 shows a schematic diagram of a continuous measurement method (real-time measurement of exhaust gas concentration and flow rate) for calculating greenhouse gas emissions. 2 is a schematic diagram showing the measurement of the chimney flow rate in the chimney remote monitoring system.

이러한 연속측정방법은 도 2에 도시된 바와 같이 온실가스 배출량 산정외에도 국내 사업장 굴뚝에서 배출되는 대기오염물질을 실시간으로 측정하고 모니터링하는 굴뚝원격감시체계(CleanSYS)에도 적용되고 있다. 연속측정방법에서 굴뚝에서 배출되는 유량은 굴뚝에 설치되는 유속계를 통하여 산출하게 된다. As shown in FIG. 2, this continuous measurement method is also applied to the Chimney Remote Monitoring System (CleanSYS), which measures and monitors air pollutants emitted from domestic business chimneys in real time in addition to the calculation of greenhouse gas emissions. In the continuous measurement method, the flow rate discharged from the chimney is calculated through a flow meter installed on the chimney.

도 3a는 S형 피토관을 이용한 굴뚝 유속측정방법을 나타낸 것이다. 도 3b는 S형 피토관의 사진을 나타낸 것이다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 국내 산업·발전현장의 굴뚝에 주로 설치되어 있는 유속계는 S형 피토관으로서 굴뚝 벽면에서 삽입하여 두 개의 관의 측정홀(오리피스)을 통해 굴뚝 가스의 유속에 따른 차압을 획득하여 베르누이식을 이용하여 유속을 측정하는 원리이다.Figure 3a shows a method for measuring the flow rate of a chimney using an S-shaped Pitot tube. Figure 3b shows a photograph of the S-shaped Pitot tube. As shown in FIGS. 3A and 3B , the velocity meter mainly installed in the chimneys of domestic industrial and power generation sites is an S-shaped pitot pipe inserted from the wall of the chimney to the flow rate of the flue gas through the measurement holes (orifices) of the two pipes. This is the principle of measuring the flow velocity using Bernoulli's equation by acquiring the differential pressure.

도 4는 실제 굴뚝 내에서 발생하는 3차원 유동(Swirl Flow)을 나타낸 것이다. 그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 실제 산업 및 발전현장의 굴뚝 내부 유동은 굴뚝으로 연결되는 설비의 구성에 의해 3차원으로 왜곡된 Swirl 유동발생하여 축방향(굴뚝 수직방향) 1차원 속도만 측정이 가능한 S형 피토관으로는 굴뚝 배출유량 측정의 한계가 발생한다. 온실가스 배출규제에 적극적인 미국과 중국을 중심으로 3차원형태로 유동이 발생하는 굴뚝 내부의 유속을 측정하고자 3차원 유속계를 이용한 측정방법을 연구중에 있다. 4 shows a three-dimensional flow (Swirl Flow) occurring in an actual chimney. However, as shown in Fig. 4, the flow inside the chimney in the actual industry and power generation site generates a three-dimensionally distorted swirl flow by the configuration of the equipment connected to the chimney, so that only the one-dimensional velocity in the axial direction (the vertical direction of the chimney) is measured. With this possible S-type Pitot tube, there is a limit to the measurement of the chimney discharge flow. A measurement method using a 3D anemometer is being studied to measure the flow velocity inside a chimney, where flow occurs in a three-dimensional form, centering on the United States and China, which are active in greenhouse gas emission regulation.

대한민국 등록특허 10-1763871Republic of Korea Patent Registration 10-1763871 대한민국 공개특허 10-2006-0076182Republic of Korea Patent Publication 10-2006-0076182 대한민국 등록특허 10-0872151Republic of Korea Patent Registration 10-0872151 대한민국 등록실용신안 20-0269899Republic of Korea Registered Utility Model 20-0269899

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 굴뚝 유량측정용 3차원 유속계(Prism Probe, Spherical Probe)의 Nulling method를 적용할 수 있도록 교정할 수 있는 방법 및 교정시스템(장치), 그리고 굴뚝 현장에서 교정된 3차원 유속계를 설치하여 굴뚝 내부의 3차원 유속을 측정할 수 있는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been devised to solve the conventional problems as described above, and according to an embodiment of the present invention, it is possible to correct the nulling method of a three-dimensional flow meter (Prism Probe, Spherical Probe) for measuring the chimney flow to be applied. The purpose is to provide a system that can measure the three-dimensional flow velocity inside the chimney by installing a method and a calibration system (device), and a three-dimensional anemometer calibrated at the chimney site.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. can be understood

본 발명의 제1목적은, 유속측정시스템에 있어서, 측정대상 유체가 배출되는 배출관 내에 삽입 설치되는 측정프루브; 상기 측정프루브 일측에 형성되는 제1측정홀, 상기 제1측정홀을 기준으로 상기 측정프루브의 원주방향 양단 각각에 형성되는 제2측정홀과 제3측정홀, 및 상기 제1측정홀을 기준으로 상기 측정프루브의 길이방향 양단 각각에 형성되는 제4측정홀과 제5측정홀; 상기 제1측정홀과 상기 제2측정홀에서의 차압을 측정하는 제1차압센서와, 제2측정홀과 상기 제3측정홀에서의 차압을 측정하는 제2차압센서와, 제4측정홀과 상기 제5측정홀에서의 차압을 측정하는 제3차압센서; 및 상기 측정프루브의 요각도와, 피치각과, 기 측정되어 저장된 교정 데이터와, 상기 제1, 제2, 제3 차압센서에서 측정된 차압을 기반으로 상기 측정대상 유체의 3차원 유속을 측정하는 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 유속 측정시스템으로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is, in a flow rate measurement system, a measuring probe inserted and installed in a discharge pipe through which a fluid to be measured is discharged; A first measurement hole formed on one side of the measurement probe, a second measurement hole and a third measurement hole formed at both ends of the measurement probe in the circumferential direction with respect to the first measurement hole, and the first measurement hole as a reference a fourth measuring hole and a fifth measuring hole formed at both ends of the measuring probe in the longitudinal direction; a first differential pressure sensor for measuring the differential pressure between the first measurement hole and the second measurement hole; a second differential pressure sensor for measuring the differential pressure between the second measurement hole and the third measurement hole; and a fourth measurement hole; a third differential pressure sensor for measuring the differential pressure in the fifth measurement hole; and analysis of measuring the three-dimensional flow velocity of the fluid to be measured based on the yaw angle of the measurement probe, the pitch angle, the previously measured and stored calibration data, and the differential pressure measured by the first, second, and third differential pressure sensors It can be achieved as a three-dimensional flow rate measurement system comprising a.

그리고 상기 측정프루브를 길이방향 축을 기준으로 회전시키는 요각도 조절부와, 회전된 각도를 측정하는 각도측정부를 포함하고, 상기 요각도는 상기 요각도 조절부를 작동하여 상기 제2측정홀과 제3측정홀의 압력이 동일하게 되도록 각도측정부에서 측정된 각도이며, 상기 유속(V)은 이하의 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다. and a yaw angle adjusting unit for rotating the measuring probe about a longitudinal axis, and an angle measuring unit for measuring the rotated angle, wherein the yaw angle is determined by operating the yaw angle adjusting unit to measure the second measurement hole and the third measurement. It is the angle measured by the angle measuring unit so that the pressure of the hole is the same, and the flow rate (V) may be calculated by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020117785667-pat00001
Figure 112020117785667-pat00001

F2는 제2교정계수,

Figure 112020117785667-pat00002
는 측정대상유체 밀도, P1-P2는 제1차압센서에서 측정된 값, θyaw는 요각도, θpitch는 피치각이다. F 2 is the second correction factor,
Figure 112020117785667-pat00002
is the density of the fluid to be measured, P 1 -P 2 is the value measured by the first differential pressure sensor, θ yaw is the yaw angle, and θ pitch is the pitch angle.

또한 상기 교정데이터는 교정시스템에 의해 측정되어 저장되는 제1교정그래프와 상기 제2교정그래프를 포함하고, 상기 교정시스템은, 상기 제1,제2,제3,제4,제5측정홀을 갖는 측정프루부와, 제1,제2,제3차압센서, 요각도조절부, 피치각조절부 및 기준차압과 교정계수값이 저장되는 저장부를 포함하며, 상기 제1교정그래프는 상기 피치각을 변화시키며 각 피치각마다 하기 수학식 2에 의해 제1교정계수(F1)를 산출하여 그래프화된 것이고, 상기 제2교정그래프는 상기 피치각을 변화시키며 각 피치각마다 하기 수학식 3에 의해 제2교정계수(F2)를 산출하여 그래프화된 것인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the calibration data includes a first calibration graph and the second calibration graph that are measured and stored by the calibration system, the calibration system, the first, second, third, fourth, fifth measurement hole It includes a measuring probe having a measuring unit, first, second, and third differential pressure sensors, a yaw angle adjusting unit, a pitch angle adjusting unit, and a storage unit storing a reference differential pressure and a calibration coefficient value, wherein the first calibration graph is the pitch angle is graphed by calculating the first correction coefficient (F1) by the following Equation 2 for each pitch angle, and the second correction graph changes the pitch angle and for each pitch angle by the following Equation 3 It may be characterized in that it is graphed by calculating the second correction factor (F2).

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112020117785667-pat00003
Figure 112020117785667-pat00003

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112020117785667-pat00004
Figure 112020117785667-pat00004

상기 △Pstd는 기준차압, CP는 교정계수값, P23는 요각도 조절부에 의해 P2=P3인 각도에서의 P2 또는 P3값이다. ΔP std is a reference differential pressure, C P is a correction coefficient value, and P 23 is a P 2 or P 3 value at an angle where P 2 =P 3 by the yaw angle adjusting unit.

그리고 상기 분석부는 상기 수학식 2에 의해 산출된 제1교정계수를 기반으로 상기 제1교정그래프 상에서 피치각을 획득하고, 획득된 상기 피치각을 기반으로 상기 제2교정그래프 상에서 제2교정계수를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다. And the analysis unit obtains a pitch angle on the first correction graph based on the first correction coefficient calculated by Equation 2, and a second correction coefficient on the second correction graph based on the obtained pitch angle It may be characterized in that it is calculated.

본 발명의 제2목적은, 앞서 언급한 제1목적에 따른 측정시스템을 이용한, 배출관에서 배출되는 측정대상 유체의 유속을 측정하는 방법에 있어서, 교정시스템에 의해 제1교정그래프와 제2교정그래프를 획득하여 저장하는 단계; 측정프루브를 상기 배출관에 삽입하여 설치하는 단계; 요각도 조절부를 통해 상기 측정프루브는 회전시켜, 제2측정홀과 제3측정홀의 압력이 동일하게 되는 위치에서 각도측정부에서 측정된 각도를 요각도로 획득하는 단계; 제1차압센서를 통해 제1측정홀과 제2측정홀의 차압을 측정하고, 제3차압센서를 통해 제4측정홀과 제5측정홀의 차압을 측정하여, 제1교정계수를 산출하는 단계; 상기 제1교정계수를 기반으로 상기 제1교정그래프 상에서 피치각을 획득하는 단계; 획득된 상기 피치각을 기반으로 상기 제2교정그래프 상에서 제2교정계수를 산출하는 단계; 및 하기 수학식 1을 통해 상기 측정대상 유체의 3차원 유속을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 유속 측정방법으로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention, in a method for measuring the flow rate of a fluid to be measured discharged from a discharge pipe, using the measurement system according to the aforementioned first object, the first calibration graph and the second calibration graph by the calibration system obtaining and storing; inserting and installing a measuring probe into the discharge pipe; rotating the measuring probe through the yaw angle adjusting unit to obtain the angle measured by the angle measuring unit as the yaw angle at a position where the pressures of the second measuring hole and the third measuring hole are the same; measuring the differential pressure between the first measurement hole and the second measurement hole through the first differential pressure sensor and measuring the differential pressure between the fourth measurement hole and the fifth measurement hole through the third differential pressure sensor to calculate a first calibration coefficient; obtaining a pitch angle on the first calibration graph based on the first calibration coefficient; calculating a second calibration coefficient on the second calibration graph based on the obtained pitch angle; and measuring the three-dimensional flow rate of the fluid to be measured through Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020117785667-pat00005
Figure 112020117785667-pat00005

F2는 제2교정계수,

Figure 112020117785667-pat00006
는 측정대상유체 밀도, P1-P2는 제1차압센서에서 측정된 값, θyaw는 요각도, θpitch는 피치각이다. F 2 is the second correction factor,
Figure 112020117785667-pat00006
is the density of the fluid to be measured, P 1 -P 2 is the value measured by the first differential pressure sensor, θ yaw is the yaw angle, and θ pitch is the pitch angle.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 유속측정장치, 이를 이용한 굴뚝 현장측정시스템 및 측정방법에 따르면, 굴뚝 유량측정용 3차원 유속계(Prism Probe, Spherical Probe)의 Nulling method를 적용할 수 있도록 교정할 수 있는 방법 및 교정시스템(장치), 그리고 굴뚝 현장에서 교정된 3차원 유속계를 설치하여 굴뚝 내부의 3차원 유속을 측정할 수 있는 효과를 갖는다. According to the three-dimensional flow velocity measurement device, the chimney field measurement system and the measurement method using the same according to an embodiment of the present invention, it is possible to calibrate so that the nulling method of the three-dimensional velocity meter (Prism Probe, Spherical Probe) for chimney flow measurement can be applied. It has the effect of measuring the three-dimensional flow velocity inside the chimney by installing a method and calibration system (device), and a three-dimensional anemometer calibrated at the chimney site.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. will be able

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 온실가스 배출량 산정을 위한 연속측정방법(배출가스농도와 유량의 실시간측정)의 모식도,
도 2는 굴뚝원격감시체제에서의 굴뚝유량(Flowrate)측정을 나타낸 모식도,
도 3a는 S형 피토관을 이용한 굴뚝 유속측정방법,
도 3b는 S형 피토관의 사진,
도 4는 실제 굴뚝 내에서 발생하는 3차원 유동(Swirl Flow)
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 프리즘형 측정프루브 사진,
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 구형(spherical) 측정프루브 사진,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 유속측정장치와, 이를 이용한 유속측정 관계식,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 굴뚝 현장 내 3차원 유속 측정방법의 흐름도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 굴뚝 현장 내 3차원 유속 측정시스템의 구성도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 유속계 교정을 위한 교정시스템의 구성도,
도 10a는 3차원 유속계의 Nulling method를 적용한 F1 교정그래프,
도 10b는 3차원 유속계의 Nulling method를 적용한 F2 교정그래프,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 Nulling method를 이용한 굴뚝 내 유속측정식 성분 획득 방법,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 현장 굴뚝 내 3차원 유속측정시스템의 구동 및 데이터 획득프로그램 사진,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 현장 굴뚝 내 3차원 유속측정시스템을 이용한 현장실험사진을 나타낸 것이다. The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention, so the present invention is limited only to the matters described in those drawings and should not be interpreted.
1 is a schematic diagram of a continuous measurement method (real-time measurement of exhaust gas concentration and flow rate) for calculating greenhouse gas emissions;
2 is a schematic diagram showing the chimney flow rate measurement in the chimney remote monitoring system;
Figure 3a is a method for measuring the flow rate of a chimney using an S-shaped Pitot tube;
3b is a photograph of an S-shaped Pitot tube;
4 is a three-dimensional flow (Swirl Flow) occurring in an actual chimney.
5a is a photograph of a prismatic measuring probe according to an embodiment of the present invention;
5b is a photograph of a spherical measurement probe according to an embodiment of the present invention;
6 is a three-dimensional flow velocity measurement apparatus according to an embodiment of the present invention, and a flow velocity measurement relational expression using the same;
7 is a flowchart of a three-dimensional flow velocity measurement method in a chimney site according to an embodiment of the present invention;
8 is a block diagram of a three-dimensional flow velocity measurement system in a chimney site according to an embodiment of the present invention;
9 is a configuration diagram of a calibration system for three-dimensional velocity meter calibration according to an embodiment of the present invention;
Figure 10a is an F1 calibration graph to which the nulling method of a three-dimensional velocimeter is applied;
Figure 10b is an F2 calibration graph to which the nulling method of the three-dimensional velocimeter is applied;
11 is a method for obtaining a flow rate measurement component in a chimney using a nulling method according to an embodiment of the present invention;
12 is a picture of a driving and data acquisition program of a three-dimensional flow velocity measurement system in a field chimney according to an embodiment of the present invention;
13 shows a field experiment photograph using a three-dimensional flow velocity measurement system in a field chimney according to an embodiment of the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed subject matter may be thorough and complete, and that the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when a component is referred to as being on another component, it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for effective description of the technical content.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and/or plan views, which are ideal illustrative views of the present invention. In the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Accordingly, the shape of the illustrative drawing may be modified due to manufacturing technology and/or tolerance. Therefore, the embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in the form generated according to the manufacturing process. For example, the region shown at a right angle may be rounded or have a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a particular shape of the region of the device and not to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first, second, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural, unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, 'comprises' and/or 'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other elements.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing the specific embodiments below, various specific contents have been prepared to more specifically describe the invention and help understanding. However, a reader having enough knowledge in this field to understand the present invention may recognize that the present invention may be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known and not largely related to the invention are not described in order to avoid confusion without any reason in describing the present invention in describing the invention.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 유속 측정시스템의 구성, 기능 및 유속측정방법에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 실시예에서는 굴뚝 현장 내 3차원 유속 측정시스템과 유속 측정방법을 예를 들어 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration, function and flow velocity measurement method of the three-dimensional flow velocity measurement system according to an embodiment of the present invention will be described. In an embodiment of the present invention, a three-dimensional flow velocity measurement system and a flow velocity measurement method in a chimney site will be described as an example.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 유속 측정시스템은 측정프루브(10)를 포함하여 구성된다. 도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 프리즘형 측정프루브 사진을 나타낸 것이고, 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 구형(spherical) 측정프루브 사진을 도시한 것이다. The three-dimensional flow velocity measurement system according to an embodiment of the present invention is configured to include a measurement probe (10). 5A shows a photograph of a prismatic measurement probe according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B shows a photograph of a spherical measurement probe according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 측정프루브(10)는 측정대상 유체가 배출되는 배출관(굴뚝)(1) 내에 삽입 설치되어 진다. The measuring probe 10 according to the embodiment of the present invention is inserted and installed in the discharge pipe (chimney) 1 through which the fluid to be measured is discharged.

또한 측정프루브(10) 일측에는 제1측정홀(P1)이 형성되며, 이러한 제1측정홀(P1)을 기준으로 측정프루브의 원주방향 양단 각각에 제2측정홀(P2)과 제3측정홀(P3)이 형성된다. 그리고 제1측정홀(P1)을 기준으로 측정프루브의 길이방향 양단 각각에 제4측정홀(P4)과 제5측정홀(P5)이 형성된다. In addition, a first measurement hole (P 1 ) is formed on one side of the measurement probe (10), and a second measurement hole (P 2 ) and a second measurement hole (P 2 ) and a second measurement hole (P 2 ) are formed at both ends of the measurement probe in the circumferential direction based on the first measurement hole (P 1 ) 3 A measurement hole (P 3 ) is formed. And a fourth measurement hole (P 4 ) and a fifth measurement hole (P 5 ) are formed at both ends of the measurement probe in the longitudinal direction based on the first measurement hole (P 1 ).

즉, 차압을 측정하는 홀이 2개(P1, P2)인 종래 S형 피토관과는 달리 5개의 홀(P1,P2,P3,P4,P5)로 구성되어 있다. 3차원 유속계는 5개의 측정홀(P1,P2,P3,P4,P5)은 동일하지만 측정부의 형상에 따라 도 5a에 도시된 바와 같이, 프리즘 타입(Prism Probe)과 구형 타입(Spherical Probe)으로 구성될 수 있다.That is, it is composed of five holes (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 , P 5 ), unlike the conventional S-type Pitot tube, which has two holes (P 1 , P 2 ) for measuring the differential pressure. The three-dimensional velocimeter has five measurement holes (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 , P 5 ), but depending on the shape of the measurement part, as shown in FIG. Spherical Probe).

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 유속측정장치와, 이를 이용한 유속측정 관계식을 도시한 것이다. 그리고 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 굴뚝 현장 내 3차원 유속 측정방법의 흐름도를 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 굴뚝 현장 내 3차원 유속 측정시스템의 구성도를 도시한 것이다. 6 illustrates a three-dimensional flow velocity measurement apparatus according to an embodiment of the present invention and a flow velocity measurement relational expression using the same. And FIG. 7 is a flowchart of a three-dimensional flow velocity measurement method in a chimney site according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a block diagram of a three-dimensional flow velocity measurement system in a chimney site according to an embodiment of the present invention. will be.

제1차압센서(21)는 제1측정홀(P1)과 제2측정홀(P2)에서의 차압을 측정하도록 구성되고, 제2차압센서(22)는 제2측정홀(P2)과 제3측정홀(P3)에서의 차압을 측정하도록 구성된다. 또한 제3차압센서(23)는 제4측정홀(P4)과 제5측정홀(P5)에서의 차압을 측정하도록 구성된다. The first differential pressure sensor 21 is configured to measure the differential pressure between the first measurement hole P 1 and the second measurement hole P 2 , and the second differential pressure sensor 22 has the second measurement hole P 2 ). And the third measurement hole (P 3 ) is configured to measure the differential pressure. In addition, the third differential pressure sensor 23 is configured to measure the differential pressure in the fourth measurement hole (P 4 ) and the fifth measurement hole (P 5 ).

분석부(70)는 측정프루브(10)의 요각도와, 피치각과, 기 측정되어 저장된 교정 데이터와, 제1, 제2, 제3 차압센서(21,22,23)에서 측정된 차압을 기반으로 측정대상 유체의 3차원 유속을 측정하게 된다. The analysis unit 70 is based on the yaw angle and the pitch angle of the measuring probe 10 , the previously measured and stored calibration data, and the differential pressures measured by the first, second, and third differential pressure sensors 21 , 22 , and 23 . to measure the three-dimensional flow velocity of the fluid to be measured.

그리고 도 8에 도시된 바와 같이, 측정프루브(10)를 길이방향 축을 기준으로 회전시키는 요각도 조절부와, 회전된 각도를 측정하는 각도측정부(40)를 포함하여 구성된다. And as shown in FIG. 8 , it is configured to include a yaw angle adjusting unit for rotating the measuring probe 10 about a longitudinal axis, and an angle measuring unit 40 for measuring the rotated angle.

3차원 유속은 유속(V)은 도 6에 도시된 바와 같이, 이하의 수학식 1에 의해 산출되어 진다. The three-dimensional flow velocity V is calculated by the following Equation 1 as shown in FIG. 6 .

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020117785667-pat00007
Figure 112020117785667-pat00007

F2는 제2교정계수,

Figure 112020117785667-pat00008
는 측정대상유체 밀도, P1-P2는 제1차압센서에서 측정된 값, θyaw는 요각도, θpitch는 피치각이다. F 2 is the second correction factor,
Figure 112020117785667-pat00008
is the density of the fluid to be measured, P 1 -P 2 is the value measured by the first differential pressure sensor, θ yaw is the yaw angle, and θ pitch is the pitch angle.

즉, 측정프루브를 굴뚝 벽면에 설치하여 굴뚝 내 유속분포를 측정하기 위해서는 도 6과 같은 수학식 1을 이용하게 되는데, 제1차압센서(21)에 의해 측정되는 제1측정홀(P1)과 제2측정홀(P2)의 차압인 P1-P2 뿐아니라, 제2교정계수 F2, 유속의 요각(θ yaw)과 유속의 피치각(θ pitch)을 측정해야지 굴뚝내 유속(V)가 산출되게 됨을 알 수 있다. That is, in order to measure the flow velocity distribution in the chimney by installing the measuring probe on the wall of the chimney, Equation 1 as shown in FIG. 6 is used. The first measurement hole P 1 measured by the first differential pressure sensor 21 and In addition to the differential pressure of the second measurement hole (P 2 ), P 1 -P 2 , the second calibration factor F 2 , the yaw angle of the flow rate ( θ yaw ) and the pitch angle of the flow rate ( θ pitch ) should be measured. ) can be found to be calculated.

즉, 먼저, 도 9에 도시된 교정시스템을 통해 제1교정그래프와 제2교정그래프를 획득하여야 한다(S1). That is, first, the first calibration graph and the second calibration graph must be obtained through the calibration system shown in FIG. 9 (S1).

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 유속계 교정을 위한 교정시스템(200)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도 10a는 3차원 유속계의 Nulling method를 적용한 F1 교정그래프, 도 10b는 3차원 유속계의 Nulling method를 적용한 F2 교정그래프를 나타낸 것이다. 9 is a block diagram of a calibration system 200 for three-dimensional anemometer calibration according to an embodiment of the present invention. And Figure 10a shows the F1 calibration graph to which the nulling method of the 3D velocimeter is applied, and Figure 10b shows the F2 calibration graph to which the nulling method of the 3D velocimeter is applied.

즉, 교정계수 F2를 구하기 위해서는 교정계수 F1을 알고 있어야 하는데, 이러한 F1와 F2의 그래프는 미국 환경부 규격(EPA Method 2F)에 제시된 Nulling Method라는 방법을 통해 구할 수 있게 된다. Nulling method는 3차원 유속계의 P2와 P3을 같도록(Nulling 조건) 회전시켜, 요각(Yaw angle) 영향을 제거하는 방법이다. Nulling method를 위해 F1과 F2그래프를 얻기 위한 3차원 유속계의 교정방법은 그림 7과 같이 피치각(Pitch angle)을 바꾸어가며 3차원 유속계를 교정할 수 있는 교정시스템(KRISS 기체유속표준시스템)이 필요하다. That is, in order to obtain the correction factor F 2 , the correction factor F 1 must be known, and the graphs of F 1 and F 2 can be obtained through the method called Nulling Method presented in the US Department of Environment standard (EPA Method 2F). The nulling method is a method to remove the effect of the yaw angle by rotating P 2 and P 3 of the three-dimensional anemometer to be the same (nulling condition). For the nulling method, the calibration method of the 3D anemometer to obtain the F 1 and F 2 graphs is a calibration system that can calibrate the 3D anemometer by changing the pitch angle as shown in Figure 7 (KRISS gas flow standard system) I need this.

본 발명의 실시예에 따른 교정시스템(200)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1,제2,제3,제4,제5측정홀을 갖는 측정프루부(10)와, 제1,제2,제3차압센서, 요각도조절부, 피치각조절부 및 기준차압과 교정계수값이 저장되는 저장부를 포함하여 구성된다. Calibration system 200 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 9, the first, second, third, fourth, and the measuring probe 10 having a fifth measurement hole, and the first , The second and third differential pressure sensors, a yaw angle control unit, a pitch angle control unit, and a storage unit for storing the reference differential pressure and the correction coefficient value is configured.

도 10a에 도시된 바와 같이, 제1교정그래프는 피치각조절부를 통해 피치각을 변화시키며 각 피치각마다 하기 수학식 2에 의해 제1교정계수(F1)를 산출하여 그래프화된 것이다. As shown in FIG. 10A, the first calibration graph is graphed by calculating the first calibration coefficient (F 1 ) by changing the pitch angle through the pitch angle adjusting unit and calculating the first calibration coefficient (F 1 ) by the following Equation 2 for each pitch angle.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112020117785667-pat00009
Figure 112020117785667-pat00009

P4-P5는 제3차압센서에 의해 측정되는 제4측정홀과 제5측정홀의 차압이고, P1-P2는 제1차압센서에 의해 측정되는 제1측정홀과 제2측정홀의 차압이다. P 4 -P 5 is the differential pressure between the fourth measurement hole and the fifth measurement hole measured by the third differential pressure sensor, and P 1 -P 2 is the differential pressure between the first measurement hole and the second measurement hole measured by the first differential pressure sensor. to be.

또한 도 10b에 도시된 바와 같이, 제2교정그래프는 피치각 조절부에 의해 피치각을 변화시키며 각 피치각마다 하기 수학식 3에 의해 제2교정계수(F2)를 산출하여 그래프화된 것이다. In addition, as shown in FIG. 10b, the second calibration graph is graphed by calculating the second calibration coefficient (F 2 ) by changing the pitch angle by the pitch angle adjusting unit and calculating the second calibration coefficient (F 2 ) by the following Equation 3 for each pitch angle .

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112020117785667-pat00010
Figure 112020117785667-pat00010

△Pstd는 저장부에 기 저장된 기준차압, CP는 교정계수값, P23는 요각도 조절부에 의해 P2=P3인 각도에서의 P2 또는 P3값이다. ΔP std is the reference differential pressure pre-stored in the storage unit, C P is the calibration coefficient value, and P 23 is the P 2 or P 3 value at the angle P 2 =P 3 by the yaw angle control unit.

그리고 교정시스템(200)에 의해 이러한 제1교정그래프와 제2교정그래프가 획득되면, 측정프루브(10)를 배출관(1)에 삽입하여 설치하게 된다(S2). And when the first calibration graph and the second calibration graph are obtained by the calibration system 200, the measurement probe 10 is inserted into the discharge pipe 1 and installed (S2).

그리고 요각도 조절부(40)를 통해 측정프루브(10)는 길이방향 축 기준으로 회전시키면서(S3), 제2측정홀(P2)과 제3측정홀(P3)의 압력이 동일(P2=P3)하게 되는 위치에서 각도측정부(40)에서 측정된 각도를 요각도로 획득하게 된다(S4). And while the measuring probe 10 is rotated on the basis of the longitudinal axis through the yaw angle adjustment unit 40 (S3), the pressure of the second measuring hole (P 2 ) and the third measuring hole (P 3 ) is the same (P) 2 =P 3 ), the angle measured by the angle measurement unit 40 is obtained as the yaw angle at the position (S4).

요각도 조절부는 도 8에 도시된 바와 같이, 요각도 제어용 서보모터(30)를 포함하여 구성될 수 있으며, 각도측정부(40)는 기울기 게이지(41)와 인클라노미터를 포함하여 구성될 수 있다. As shown in FIG. 8 , the yaw angle adjustment unit may include a servomotor 30 for controlling the yaw angle, and the angle measurement unit 40 may include a tilt gauge 41 and an inclanometer. can

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 Nulling method를 이용한 굴뚝 내 유속측정식 성분 획득 방법을 나타낸 것이다 .11 is a view showing a method for obtaining a flow velocity component in a chimney using a nulling method according to an embodiment of the present invention.

그리고 제1차압센서(21)를 통해 제1측정홀(P1)과 제2측정홀(P2)의 차압을 측정하고, 제3차압센서(23)를 통해 제4측정홀(P4)과 제5측정홀(P5)의 차압을 측정하여, 상기 수학식 2에 의해 제1교정계수(F1)를 산출하게 된다(S5). Then, the differential pressure between the first measurement hole (P 1 ) and the second measurement hole (P 2 ) is measured through the first differential pressure sensor ( 21 ), and the fourth measurement hole ( P 4 ) through the third differential pressure sensor ( 23 ) and the differential pressure of the fifth measurement hole (P 5 ) is measured, and the first correction coefficient (F 1 ) is calculated by Equation (2) (S5).

그리고, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1교정계수(F1)를 기반으로 제1교정그래프 상에서 피치각을 구하게 된다(S6). And, as shown in FIG. 11, the pitch angle is obtained on the first calibration graph based on the first calibration coefficient (F 1 ) (S6).

그리고 획득된 피치각을 기반으로 도 11에 도시된 바와 같이, 제2교정그래프 상에서 제2교정계수(F2)를 산출한다(S7). And, as shown in FIG. 11 based on the obtained pitch angle, a second correction coefficient (F 2 ) is calculated on the second correction graph (S7).

그리고 분석부(70)는 앞서 언급한 수학식 1을 통해 측정대상 유체의 3차원 유속을 측정하게 된다(S8). And the analysis unit 70 measures the three-dimensional flow rate of the measurement target fluid through the aforementioned Equation 1 (S8).

즉, 수학식 1에 따른 굴뚝유속측정식(V)에 필요한 F2와 피치각(θ pitch)은 도 11과 같이 제1, 제2교정그래프를 이용하여 구하게 되고, 요각(θ yaw)은 굴뚝유동방향에서 수직방향으로 설치된 3차원 유속계의 P2와 P3가 동일하게 되는 각도를 기울기측정장치(Inclinometer)(40) 등으로 측정된 각도를 통해 얻게 된다. That is, F 2 and the pitch angle ( θ pitch ) necessary for the chimney flow velocity measurement formula (V) according to Equation 1 are obtained using the first and second calibration graphs as shown in FIG. 11 , and the yaw angle ( θ yaw ) is the chimney An angle at which P 2 and P 3 of the three-dimensional anemometer installed in the vertical direction from the flow direction become the same is obtained through the angle measured by an inclinometer 40 or the like.

이를 통해 3차원 유속계를 이용하여 굴뚝 유속측정식(V, 수학식 1)를 통해 굴뚝내 흐름방향 유속을 구할수 있게 되고, 피치각과 요각을 이용하여 나머지 2차원 방향의 유속도 구할 수 있게 된다.Through this, the flow velocity in the chimney can be obtained through the chimney flow velocity measurement formula (V, Equation 1) using a three-dimensional anemometer, and the flow velocity in the remaining two-dimensional direction can be obtained using the pitch angle and the yaw angle.

또한 본 발명의 실시예에 따른 현장 굴뚝 내 3차원 유속측정시스템은 부가적으로, 온도센서(50)를 통해 굴뚝내 온도를 측정하기 위한 장치로 구성될 수 있다. 3차원 유속계를 이용하여 Nulling method를 적용하기 위한 차압신호는 5개 홀(P1,P2,P3,P4,P5) 중 3개(P1-P2, P2-P3, P4-P5)의 차압신호인데, 각각 제1,제2,제3 차압센서로 차압을 측정하게 된다. In addition, the three-dimensional flow velocity measurement system in the field chimney according to the embodiment of the present invention may additionally be configured as a device for measuring the temperature in the chimney through the temperature sensor 50 . The differential pressure signal for applying the nulling method using a 3D velocimeter is 3 out of 5 holes (P 1 ,P 2 ,P 3 ,P 4 ,P 5 ) (P 1 -P 2 , P 2 -P 3 , It is a differential pressure signal of P 4 -P 5 ), and the differential pressure is measured by the first, second, and third differential pressure sensors, respectively.

굴뚝내 온도는 PT-100옴 센서가 3차원 유속계에 부가적으로 설치되는 데, 이를 측정하기 위한 온도센서와 통신장치(TH300+HART711)로 온도를 획득하게 된다. 필요에 따라 대기압, 대기온도, 습도센서도 설치하여 측정환경조건데이터를 획득할 수도 있다(51). For the temperature in the chimney, a PT-100 ohm sensor is additionally installed in the three-dimensional anemometer, and the temperature is acquired by a temperature sensor and communication device (TH300+HART711) for measuring it. If necessary, atmospheric pressure, atmospheric temperature, and humidity sensors may also be installed to acquire measurement environmental condition data (51).

차압과 온도 등의 모든 데이터는 통신케이블(TCP-IP)를 이용하여 LAN-HUB를 통해 DAQ 장비(NI-cDAQ, NI-9289)로 전달되어 노트북에 저장된다. Nulling method를 이용하여 3차원 유속계를 통해 굴뚝내 유속을 측정할 때에는 먼저 P2와 P3을 같도록(Nulling 조건) 회전시켜, 요각(Yaw angle) 영향을 제거해야 하는데, 이를 위해 3차원 유속계를 회전할 수 있는 Yaw각도조절용 서브모터(30)와 회전한 각도를 측정할수 있는 기울기 센서(Inclinometer)(42)가 유속계에 설치되어 진다. All data such as differential pressure and temperature are transferred to the DAQ device (NI-cDAQ, NI-9289) through LAN-HUB using a communication cable (TCP-IP) and stored in the laptop. When measuring the flow velocity in the chimney through a 3D anemometer using the nulling method, first rotate P 2 and P 3 to be the same (nulling condition) to remove the effect of the yaw angle. A sub-motor 30 for rotatable yaw angle adjustment and an inclination sensor (Inclinometer) 42 for measuring the rotated angle are installed in the velocity meter.

서브모터(30)와 인클리노미터(42)에 제어신호 및 전원을 공급할 수 있는 서보모터 콘트롤러와 파워서플라이(24V)(60)도 구성되어 있다. A servomotor controller and a power supply (24V) 60 capable of supplying control signals and power to the submotor 30 and the inclinometer 42 are also configured.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 현장 굴뚝 내 3차원 유속측정시스템의 구동 및 데이터 획득프로그램 사진을 나타낸 것이다. 3차원 유속계와 함께 설치된 모든 센서류 및 구동장치들은 도 12와 같이 구성된 프로그램을 통해 제어되고 신호가 획득되게 된다. 이 프로그램은 노트북에 설치되어 구동되고, 유속데이터를 획득하게 된다.12 shows a picture of a driving and data acquisition program of a three-dimensional flow velocity measurement system in a field chimney according to an embodiment of the present invention. All sensors and driving devices installed together with the 3D velocity meter are controlled through the program configured as shown in FIG. 12 and signals are acquired. This program is installed and run on the laptop computer, and the flow rate data is acquired.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 현장 굴뚝 내 3차원 유속측정시스템을 이용한 현장실험사진을 나타낸 것이다. 실제 굴뚝현장에서 개발한 3차원 유속측정시스템를 이용한 실험은 도 13과 같이 이루어진다. Nulling method을 위한 3차원 유속계 교정시스템(KRISS 기체유속표준시스템)을 통해 교정하여 F1, F2 그래프를 얻은 3차원 유속계는 굴뚝벽면에 설치되어 Nulling method를 이용하여 굴뚝 내부에서의 3차원 유속값을 얻을수 있게 된다.13 shows a field experiment photograph using a three-dimensional flow velocity measurement system in a field chimney according to an embodiment of the present invention. An experiment using a three-dimensional flow velocity measurement system developed in an actual chimney site is performed as shown in FIG. 13 . The 3D anemometer calibration system for nulling method (KRISS gas velocity standard system) was calibrated to obtain F 1 and F 2 graphs. can get

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, in the apparatus and method described above, the configuration and method of the above-described embodiments are not limitedly applicable, but all or part of each embodiment is selectively combined so that various modifications can be made to the embodiments. may be configured.

1:배출관(굴뚝)
10:측정프루브
P1:제1측정홀
P2:제2측정홀
P3:제3측정홀
P4:제4측정홀
P5:제5측정홀
21:제1차압센서
22:제2차압센서
23:제3차압센서
30:요각도 제어용 서보모터
40:각도측정부
41:기울기게이지
42:인클라노미터 센서
50:온도센서
51:대기압/온도/습도 통신부
60:전원공급부
70:분석부
100:굴뚝 현장 내 3차원 유속 측정시스템
200:교정시스템
210:피치각조절부1: Exhaust pipe (chimney)
10: Measuring probe
P1: first measurement hole
P2: second measurement hole
P3: 3rd measurement hole
P4: 4th measurement hole
P5: 5th measurement hole
21: first differential pressure sensor
22: second differential pressure sensor
23: third differential pressure sensor
30: Servo motor for yaw angle control
40: angle measurement unit
41: Tilt gauge
42: inclanometer sensor
50: temperature sensor
51: atmospheric pressure/temperature/humidity communication unit
60: power supply
70: analysis unit
100: 3D flow rate measurement system in the chimney site
200: calibration system
210: pitch angle adjustment unit

Claims (5)

유속측정시스템에 있어서,
측정대상 유체가 배출되는 배출관 내에 삽입 설치되는 측정프루브; 상기 측정프루브 일측에 형성되는 제1측정홀, 상기 제1측정홀을 기준으로 상기 측정프루브의 원주방향 양단 각각에 형성되는 제2측정홀과 제3측정홀, 및 상기 제1측정홀을 기준으로 상기 측정프루브의 길이방향 양단 각각에 형성되는 제4측정홀과 제5측정홀; 상기 제1측정홀과 상기 제2측정홀에서의 차압을 측정하는 제1차압센서와, 제2측정홀과 상기 제3측정홀에서의 차압을 측정하는 제2차압센서와, 제4측정홀과 상기 제5측정홀에서의 차압을 측정하는 제3차압센서; 및 상기 측정프루브의 요각도와, 피치각과, 기 측정되어 저장된 교정 데이터와, 상기 제1, 제2, 제3 차압센서에서 측정된 차압을 기반으로 상기 측정대상 유체의 3차원 유속을 측정하는 분석부; 및 상기 측정프루브를 길이방향 축을 기준으로 회전시키는 요각도 조절부와, 회전된 각도를 측정하는 각도측정부;를 포함하고
상기 요각도는 상기 요각도 조절부를 작동하여 상기 제2측정홀과 제3측정홀의 압력이 동일하게 되도록 각도측정부에서 측정된 각도이며, 상기 유속(V)은 이하의 수학식 1에 의해 산출되며,
상기 교정데이터는 교정시스템에 의해 측정되어 저장되는 제1교정그래프와 제2교정그래프를 포함하고,
상기 교정시스템은, 상기 제1,제2,제3,제4,제5측정홀을 갖는 측정프루부와, 제1,제2,제3차압센서, 요각도조절부, 피치각조절부 및 기준차압과 교정계수값이 저장되는 저장부를 포함하며, 상기 제1교정그래프는 상기 피치각을 변화시키며 각 피치각마다 하기 수학식 2에 의해 제1교정계수(F1)를 산출하여 그래프화된 것이고, 상기 제2교정그래프는 상기 피치각을 변화시키며 각 피치각마다 하기 수학식 3에 의해 제2교정계수(F2)를 산출하여 그래프화된 것인 것을 특징으로 하는 3차원 유속 측정시스템:
[수학식 1]
Figure 112022501961448-pat00011

F2는 제2교정계수,
Figure 112022501961448-pat00012
는 측정대상유체 밀도, P1-P2는 제1차압센서에서 측정된 값, θyaw는 요각도, θpitch는 피치각이고,
[수학식 2]
Figure 112022501961448-pat00033

[수학식 3]
Figure 112022501961448-pat00034

상기 △Pstd는 기준차압, CP는 교정계수값, P23는 요각도 조절부에 의해 P2=P3인 각도에서의 P2 또는 P3값이다.
In the flow rate measurement system,
a measuring probe inserted and installed in the discharge pipe through which the fluid to be measured is discharged; A first measurement hole formed on one side of the measurement probe, a second measurement hole and a third measurement hole formed at both ends of the measurement probe in the circumferential direction with respect to the first measurement hole, and the first measurement hole as a reference a fourth measuring hole and a fifth measuring hole formed at both ends of the measuring probe in the longitudinal direction; a first differential pressure sensor for measuring the differential pressure between the first measurement hole and the second measurement hole; a second differential pressure sensor for measuring the differential pressure between the second measurement hole and the third measurement hole; and a fourth measurement hole; a third differential pressure sensor for measuring the differential pressure in the fifth measurement hole; and analysis of measuring the three-dimensional flow velocity of the fluid to be measured based on the yaw angle of the measurement probe, the pitch angle, the previously measured and stored calibration data, and the differential pressure measured by the first, second, and third differential pressure sensors wealth; and a yaw angle adjusting unit for rotating the measuring probe based on a longitudinal axis, and an angle measuring unit for measuring the rotated angle.
The yaw angle is an angle measured by the angle measurement unit so that the pressure of the second measurement hole and the third measurement hole becomes the same by operating the yaw angle adjustment unit, and the flow velocity (V) is calculated by the following Equation 1, ,
The calibration data includes a first calibration graph and a second calibration graph that are measured and stored by the calibration system,
The calibration system, the first, second, third, fourth and fifth measuring hole having a measuring hole, first, second, third differential pressure sensor, yaw angle control unit, pitch angle control unit and It includes a storage unit in which the reference differential pressure and the correction coefficient value are stored, and the first correction graph is graphed by changing the pitch angle and calculating the first correction coefficient (F1) by the following Equation 2 for each pitch angle , The second calibration graph is a three-dimensional flow velocity measurement system, characterized in that the graph is formed by changing the pitch angle and calculating the second calibration coefficient (F2) by the following Equation 3 for each pitch angle:
[Equation 1]
Figure 112022501961448-pat00011

F 2 is the second correction factor,
Figure 112022501961448-pat00012
is the measurement target fluid density, P 1 -P 2 is the value measured by the first differential pressure sensor, θ yaw is the yaw angle, θ pitch is the pitch angle,
[Equation 2]
Figure 112022501961448-pat00033

[Equation 3]
Figure 112022501961448-pat00034

ΔP std is a reference differential pressure, C P is a correction coefficient value, and P 23 is a P 2 or P 3 value at an angle where P 2 =P 3 by the yaw angle adjusting unit.
 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 분석부는
상기 수학식 2에 의해 산출된 제1교정계수를 기반으로 상기 제1교정그래프 상에서 피치각을 획득하고, 획득된 상기 피치각을 기반으로 상기 제2교정그래프 상에서 제2교정계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 3차원 유속 측정시스템.
The method of claim 1,
The analysis unit
Acquiring a pitch angle on the first calibration graph based on the first calibration coefficient calculated by Equation 2, and calculating a second calibration coefficient on the second calibration graph based on the obtained pitch angle A three-dimensional flow velocity measurement system with
 3차원 유속 측정시스템을 이용한, 배출관에서 배출되는 측정대상 유체의 유속을 측정하는 방법에 있어서,
상기 3차원 유속 측정시스템은, 측정대상 유체가 배출되는 배출관 내에 삽입 설치되는 측정프루브; 상기 측정프루브 일측에 형성되는 제1측정홀, 상기 제1측정홀을 기준으로 상기 측정프루브의 원주방향 양단 각각에 형성되는 제2측정홀과 제3측정홀, 및 상기 제1측정홀을 기준으로 상기 측정프루브의 길이방향 양단 각각에 형성되는 제4측정홀과 제5측정홀; 상기 제1측정홀과 상기 제2측정홀에서의 차압을 측정하는 제1차압센서와, 제2측정홀과 상기 제3측정홀에서의 차압을 측정하는 제2차압센서와, 제4측정홀과 상기 제5측정홀에서의 차압을 측정하는 제3차압센서; 및 상기 측정프루브의 요각도와, 피치각과, 기 측정되어 저장된 교정 데이터와, 상기 제1, 제2, 제3 차압센서에서 측정된 차압을 기반으로 상기 측정대상 유체의 3차원 유속을 측정하는 분석부;를 포함하고,
상기 측정하는 방법은,
교정시스템에 의해 제1교정그래프와 제2교정그래프를 획득하여 저장하는 단계;
측정프루브를 상기 배출관에 삽입하여 설치하는 단계;
요각도 조절부를 통해 상기 측정프루브는 회전시켜, 제2측정홀과 제3측정홀의 압력이 동일하게 되는 위치에서 각도측정부에서 측정된 각도를 요각도로 획득하는 단계;
제1차압센서를 통해 제1측정홀과 제2측정홀의 차압을 측정하고, 제3차압센서를 통해 제4측정홀과 제5측정홀의 차압을 측정하여, 제1교정계수를 산출하는 단계;
상기 제1교정계수를 기반으로 상기 제1교정그래프 상에서 피치각을 획득하는 단계;
획득된 상기 피치각을 기반으로 상기 제2교정그래프 상에서 제2교정계수를 산출하는 단계; 및
하기 수학식 1을 통해 상기 측정대상 유체의 3차원 유속을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 유속 측정방법:
[수학식 1]
Figure 112022057698632-pat00015

F2는 제2교정계수,
Figure 112022057698632-pat00016
는 측정대상유체 밀도, P1-P2는 제1차압센서에서 측정된 값, θyaw는 요각도, θpitch는 피치각이다.

In the method of measuring the flow rate of a measurement target fluid discharged from a discharge pipe using a three-dimensional flow rate measurement system,
The three-dimensional flow rate measurement system includes: a measuring probe inserted and installed in the discharge pipe through which the fluid to be measured is discharged; A first measurement hole formed on one side of the measurement probe, a second measurement hole and a third measurement hole formed at both ends of the measurement probe in the circumferential direction with respect to the first measurement hole, and the first measurement hole as a reference a fourth measuring hole and a fifth measuring hole formed at both ends of the measuring probe in the longitudinal direction; a first differential pressure sensor for measuring the differential pressure between the first measurement hole and the second measurement hole; a second differential pressure sensor for measuring the differential pressure between the second measurement hole and the third measurement hole; and a fourth measurement hole; a third differential pressure sensor for measuring the differential pressure in the fifth measurement hole; and analysis of measuring the three-dimensional flow velocity of the fluid to be measured based on the yaw angle of the measurement probe, the pitch angle, the previously measured and stored calibration data, and the differential pressure measured by the first, second, and third differential pressure sensors including;
The measurement method is,
acquiring and storing the first calibration graph and the second calibration graph by the calibration system;
inserting and installing a measuring probe into the discharge pipe;
rotating the measuring probe through the yaw angle adjusting unit to obtain the angle measured by the angle measuring unit as the yaw angle at a position where the pressures of the second measuring hole and the third measuring hole are the same;
measuring the differential pressure between the first measurement hole and the second measurement hole through the first differential pressure sensor and measuring the differential pressure between the fourth measurement hole and the fifth measurement hole through the third differential pressure sensor to calculate a first calibration coefficient;
obtaining a pitch angle on the first calibration graph based on the first calibration coefficient;
calculating a second calibration coefficient on the second calibration graph based on the obtained pitch angle; and
Measuring the three-dimensional flow rate of the measurement target fluid through the following Equation 1; A three-dimensional flow rate measuring method comprising:
[Equation 1]
Figure 112022057698632-pat00015

F 2 is the second correction factor,
Figure 112022057698632-pat00016
is the density of the fluid to be measured, P 1 -P 2 is the value measured by the first differential pressure sensor, θ yaw is the yaw angle, and θ pitch is the pitch angle.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114062710A (en) * 2021-11-18 2022-02-18 西安西热锅炉环保工程有限公司 3D flow velocity measuring probe and measuring method
CN115854835B (en) * 2023-02-15 2023-05-19 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 Tool for calibrating angle of movable spray pipe of unmanned aerial vehicle
CN116558769B (en) * 2023-07-12 2023-09-01 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 Five-hole probe calibration data application method considering compressibility

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001242190A (en) * 2000-02-25 2001-09-07 Natl Aerospace Lab Arithmetic processing method in wide-speed range flight velocity vector measurement system using quadrangular pyramid type five-hole pitot tube, and method therefor
CN206074051U (en) 2016-07-21 2017-04-05 南京天测检测有限公司 A kind of flue gas flowrate calibrating device based on porous probe

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09203743A (en) * 1996-01-25 1997-08-05 Nissan Motor Co Ltd Pitot tube having thirteen holes
JP3462679B2 (en) * 1996-10-30 2003-11-05 三菱重工業株式会社 5-hole pitot tube
KR200269899Y1 (en) 2001-09-28 2002-03-27 조 원 장 Wind Tunnel apparatus for Calibrating a flow sensor
KR20060076182A (en) 2004-12-29 2006-07-04 환경관리공단 Stager tele-monitoring system
KR100872151B1 (en) 2008-06-27 2008-12-08 (주)두일테크 Auto smapler having an accurate isokinetic sampling control function through automated differential pressure compensation and method for controlling isokinetic sampling using the same
KR101093634B1 (en) * 2010-04-15 2011-12-15 한국해양연구원 3 Hole Pitot Tube
KR101763871B1 (en) 2016-04-19 2017-08-01 한국원자력연구원 3D flowmeter using bimorph and flow-measuring method using the flowmeter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001242190A (en) * 2000-02-25 2001-09-07 Natl Aerospace Lab Arithmetic processing method in wide-speed range flight velocity vector measurement system using quadrangular pyramid type five-hole pitot tube, and method therefor
CN206074051U (en) 2016-07-21 2017-04-05 南京天测检测有限公司 A kind of flue gas flowrate calibrating device based on porous probe

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
권혁 외 한국원자력연구소 2007.03.15

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