KR200197047Y1 - 사각 개수로의 유량계 - Google Patents

Abstract

본 고안은 사각 개수로의 유량을 측정하는 유량계에 관한 것이다.

본 고안에 따르면 사각 개수로의 유량(Q)은 유수(流水) 단면적 A와 평균유속 V의 곱으로 구해진다.

Q=A×V=(수위×수로의 폭)×평균유속----(1)

즉, 수위와 유속 2가지의 정보로서 유량을 측정하는 방식으로 수위계는 가동부분이 전혀 없고 측정하고자 하는 유체에 접촉이 없는 초음파 수위계(2)와 가동부분이 거의 없고 적은 유속도 측정할 수 있는 스트랜게이지(12)와 (13)을 이용한 전자식 유속계를 사용하는 것을 특징으로 하는 개수로용 유량계에 관한 것이다.

Description

사각 개수로의 유량계{Flowmeter for an irrigation canel}

본 고안은 개수로의 유량계에 관한 것으로 보다 상세하게 설명하자면 기존 사각수로에 특수구조물을 설치하지 않고 초음파 수위계와 가동부위가 거의 없는 금속주름판을 이용한 전자식 유속계를 사용한 개수로용 유량계에 관한 것이다.

종래에는 개수로에 유속을 제어하는 구조물(WEIR)을 설치하고 거기에 수위계만 설치하여 '유량(Q)=수위×실험에 의한 보정계수(補正計數)' 이런 수식으로 유량을 측정하거나 후롯트식(FLOAT)수위계에 프로펠러식 유속계를 사용하여 유량을 측정했으나 개수로는 공장 폐수용 수로이거나 사실상 옥외에 저수지 같은 곳에서부터 설치되어 있는 것으로서 WEIR를 설치하면 모래가 흘러와서 전, 후단에 쌓일 경우 유속이 변하여 오차가 크고, 프로펠러식 유속계는 나뭇잎이 흘러 내려와서 걸리면 프로펠러가 회전하지 못하는 경우가 있다. 또 후롯트식 수위계는 후롯트의 자체 무게 때문에 적은 물에서는 후롯트가 부상하지 못하므로 적은 물일 때 오차가 크고, 또 가동 부분에 이물질이 흘러와서 끼이면 후롯트가 상하 이동을 할 수 없게 되므로 자주 보수해야 하고 이물질이 떠내려 오지 못하게 조치해야 하는 번거로운 문제점이 있었다.

본 고안의 목적은 개수로용 유량계에서 2가지 정보인 수위와 유속을 측정함에 있어서 수위는 가동부가 없고 적은 수위도 감지 할 수 있는 초음파식 수위계를 사용하고, 유속은 가동부가 거의 없는 전자식 유속계를 사용하므로서 유량 측정의 오차를 줄이고 보수, 관리가 편리하게 하기 위함이다.

도 1은 본 고안에 따른 유속센서, 수위 검출부를 배치한 유량계의 사시도.

도 2의 (A)는 개수로의 단면과 (6),(7),(8)의 위치 표시,

도 2의 (B)는 개수로의 단면도의 위치(6),(7),(8)에서 흐르는 물의 유속을 나타낸 그래프

도 3의 (A)는 유속센서의 원리를 설명하기 위한 사시도.

도 3의 (B)는 스트랜게이지의 전기적인 회로.

도 4는 종래의 개수로 유량 측정 방식

＜도면의 중요한 부분의 부호 설명＞

(1)사각 개수로, (2) 초음파 수위계,

(3) 초음파 송파기, (4) 초음파 센서

(5) 유속센서, (9)(10) 다이아프램(DIAPRAGM),

(12)(13) 스트렌게이지, (17) 삼각 WEIR

본 고안은 수위 측정은 수위 상부에 도 1과 같이 초음파 송파기(TRANSMITTER)(3)와 수신 센서(RECEIVER)(4)를 설치한다. 이것은 가동부가 전혀 없고 물과의 접촉도 전혀 없다. 동작 원리는 초음파 송파기(3)에서 발사한 초음파는 수면에 반사되어 다시 초음파 센서(4)까지 도달하는 시간을 계산하여 유속으로 곱한 것이 수면까지의 왕복 거리이다. 이렇게 하여 초음파 센서와 수면까지의 거리가 측정되고 이렇게 측정한 값을 사각 수로의 밑바닥에서 초음파 센서까지의 높이에서 빼면 수위가 검출된다. 이렇게 하여 적은 수위에서 만 수위까지 정확히 측정한다.

유속 측정은 도 3의 (A)에서 유속센서의 구조 설명에서 원형 금속관(CASE)(15) 양단에 얇은 금속 주름판(DIAPHRAGM) (9)와 (10)을 설치하고 이들의 중앙부에 작은 금속봉(14)을 고정, 설치하고 이 금속봉(14)을 연장하여 둥근 유속 감지판(16)의 중앙부에 고정한다. 또 금속봉(14)의 중앙부에 철편(11)의 한쪽 끝을 고정시키고 반대쪽은 원통 금속관(15)에 고정시킨다. 이 철편(11)에 2개의 스트랜게이지(STRAIN GAGE)를 설치한다. 유속 센서의 유속 측정판(16)을 물이 흘러 들어오는 수원지 쪽을 향하여 설치하면 흘러 내려오는 물은 유속 측정판(16)을 밀게 되고 유속이 빠를수록 미는 힘은 더 세어진다. 이 때 미는 힘은 이와 연결된 금속봉(14)를 밀게되고 밀린 금속봉(14)는 이와 연결된 철편(11)의 상부가 밀려서 철편(11)이 휘어지고 철편에 붙어있는 스트렌게이지도 휘어져서 스트랜게이지 내부 저항이 변한다.

도 3의 (B)도에서 전기적으로 브릿지 회로에 연결된 스트랜게이지(12)와 (13)의 저항이 변하면 균형(BALANCE)상태의 브릿지 회로는 균형이 깨어져서 출력 전압을 발생하고 이 출력 전압은 유속에 비례하므로 유속을 측정하는 방식이다. 이때, 주름판(9)는 유속 측정관(16)에서 미는 힘이 발생했을 때, 그 힘을 금속봉(14)에 전달하고 외부의 물이 원형 케이스의 내부로 들어가는 것을 막기 위함이고, 또 한가지는 물속에 설치하는 것이기 때문에 수압에 의하여 주름판(9)이 수압을 받아 금속봉(14)를 주름판(10)쪽으로 밀어서 유속 측정에 방해가 되지 않게 하기 위해 똑같은 크기의 주름판(10)을 반대편에 설치하여 수압에 의한 힘은 서로 반대 방향으로 작용하고 그 수압은 주름판이 같은 크기이고, 같은 수압이므로 그것이 미는 힘은 같고 방향이 반대이므로 서로 상쇠하여 수압에 의한 오동작을 막기 위함이다. 또 도2의 (A)에서 유속 센서의 설치 위치가 개방 수로의 벽면에 위치하게 되므로 이때 유속은 중앙부인 (8)의 위치와의 유속이 차이가 있다. 그러나 도2의 (B)와 같이 센서가 위치한 (7)의 위치에서 유속이 빨라진다는 것은 (8)의 위치에서도 거기에 비례해서 빨라지므로 (7)의 위치에서 감지한 유속에서, 실험치에 의한 보정 계수(K)를 곱하면 전체 평균 유속이 산출되어 1식과 같이 유량 계산이 가능하다.

Q=(수위×수로의 폭)×(7)의 위치에서 유속×K---(1)

종래에는 유속조절용 구조물(WEIR)를 설치하고 거기다 후로트식 수위계를 설치하여 '유속(Q)=수위×실험치에 의한 보정계수(K)'라는 식으로 유량을 측정했다. 이 때는 모래와 같은 것이 흘러와서 구조물의 전후에 쌓이면 유속이 변하여 오차가 심하다. 또, 유량 조절용 구조물인 WEIR 대신에 유속 측정용으로 프로펠러식 유속검출기를 사용하기도 하는데 프로펠러식은 나무 잎사귀가 흘러와서 걸리면 동작이 정지하기 때문에 보수에 힘이 드는 문제점이 있었다. 또한 후롯트식(FLOAT) 수위계는 적은 물에서는 후롯트 자체의 무게 때문에 물위로 부상하지 못하므로 적은 수위에서는 오차가 많이 발생하는 문제점이 있었다.

본 초음파식 수위계는 움직이는 가동 부분이 없고 또 물에 닫는 부분도 없으므로 보수가 거의 필요없고, 적은 수위도 측정할 수 있고, 적은 유속도 측정하기 위하여 내부에 증폭 회로가 내장되어 있는 것이 특징이다.

Claims (1)

1. 개수로의 수위와 유속, 이 두가지 정보로서 유량을 측정하는 것으로서 가동부가 전혀 없는 초음파 방식으로 수위를 측정하고, 또 유속 측정은 가동부가 거의 없는 금속 주름판을 사용한 스트랜게이지 방식의 전자식 유속계를 사용하여 유랑을 측정하는 개수로의 유량계.