KR200206819Y1 - 초음파 유량계의 투명창 - Google Patents

Abstract

본 고안은 초음파 유량계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투명창이 마련된 초음파 유량계에 관한 것이다.

본 발명에 따른 초음파 유량계는 관에 와류 등의 유동변형을 발생시키지 않도록 투명창을 구비함으로써, 와류 등으로 인한 오차 없이 공기, 수증기 등의 이물질이 관 내에 존재하는지의 여부를 확인할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 고안에 따른 초음파 유량계는 투명창에 볼록렌즈, 광원, 밸브홀을 마련하여 이물질의 확인과 제거가 용이하도록 하는 효과가 있다.

Description

초음파 유량계의 투명창{Transparent window for Ultrasonic flowmeter}

본 고안은 유량을 측정하는 초음파 유량계에 관한 것으로 더욱 상세하게는 초음파 유량계의 투시창에 관한 것이다.

일반적으로 대구경 관로나 하천의 유량을 측정하기 위하여 초음파를 이용하는 초음파 유량계는 잘 알려져 있다. 이러한 초음파 유량계에서는 주로 초음파 전파 시간차(transit time difference) 유속 측정방법을 널리 이용하고 있으며, 도 1과 같이 한 쌍의 초음파 센서를 분리 설치하여 서로 교대로 초음파 펄스(Ultrasonic phurse)를 발사 또는 수신하도록 제어하여, 식 1에 의하여 유속을 연산한다.

[식 1]

여기서,는 유체 내에서 초음파가 유속방향과 일정한 각도()로 전파되는 시간과 초음파가 유속의 반대방향과 일정한 각도()로 전파되는 시간의 차이이고, C는 유체에서의 음속이다.

이와 같은 초음파 전파 시간차 유속 측정방법은 주어진 상수(L²/2d)를 미리 입력시켜 두고 유속방향으로 초음파 펄스를 발사하여 측정된 전파시간(t₁₂)과 반대방향으로 초음파 펄스를 발사하여 측정된 전파시간(t₂₁)의 차이를 상기 식 1에 대입하여 구하는 방법으로, 이와 같이 유속을 측정한 후 이를 이중 적분함으로써 유량을 측정하는 것이 초음파 유량계이다.

그런데, 이러한 초음파 유속 측정방법은 공기나 수증기 같은 기포가 유체 내에 존재하는 경우 초음파 펄스가 기포와 만나면서 굴절, 확산하거나 흡수감쇄도가 변하기 때문에 이로 인하여 유량계에 오차가 발생하게 되지만, 종래의 초음파 유량계는 PVC, 강관, 주철관, STS관 등 내부가 보이지 않는 불투명한 관에 초음파 센서를 장착함으로써 내부에 공기, 수증기 등의 이물질이 유입되어 유량계에 오차가 발생되더라도 정확한 원인을 알 수 없었다.

이러한 이유 때문에 대안으로써 관 전체를 투명재질로 제작하는 방안이 제기되기도 하였으나 관의 강도가 현저히 떨어지므로 사용이 불가능하였다.

그러므로 관에 투명창을 장착하여 초음파 펄스의 진로 상에 이물질이 존재하는 지의 여부를 관찰할 수 있도록 하는 것이 가장 유용한데, 이에 따른 종래의 초음파 유량계는 도 1에 도시된 바와 같이 내부에 유체가 흐르는 관(10)과 관(10)의 축과 일정한 각도를 이루도록 관(10)의 양측에 설치되어 유속을 측정하는 초음파 센서(20), 초음파 센서(20)를 제어하며 초음파 센서(20)에서 측정된 유속을 도선을 통해 전달받아 유량을 계산하는 제어부(미도시)를 구비하며, 또, 유속의 측정이 이루어지는 부분의 관(10) 내부를 관찰할 수 있도록 평면 형태의 투명창(40)이 설치된다. 이 투명창(40)의 설치를 위해 관(10)에는 한 쌍의 설치공(11)이 대향 형성되고, 각 설치공(11) 주위를 소정길이 연장, 벤딩하여 플랜지(30)를 형성하여 플랜지(30)에 투명창(40)을 볼트, 너트 결합하여 준다.

그러나 이와 같은 형태의 초음파 유량계는 투명창(40)을 부착하기 위하여 구비된 플랜지(30)와 설치공(11)에 의해 생긴 공간으로 인해 유체가 관(10) 내부를 흘러갈 때 와류가 발생, 유속을 교란시켜 초음파 유량계가 정확한 유속을 측정할 수 없게 함으로써 또 다른 오차의 발생요인이 되므로 사용하는데 문제점이 있었다.

본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 관에 와류 등의 유동변형을 일으키지 않는 관 내부 관찰을 위한 투명창을 구비하는 초음파 유량계를 제공하는 것이며,

본 고안의 다른 목적은 이물질의 확인 및 제거가 용이한 투명창을 구비하는 초음파 유량계를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 초음파 유량계의 간단한 구성을 보인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 초음파 유량계의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 초음파 유량계의 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 관, 11: 설치공,

20: 초음파 센서, 30: 플랜지,

31: 연장부, 32: 지지부,

40: 투명창, 41: 삽입부,

42: 걸림부, 43: 볼록렌즈,

44: 광원, 45: 밸브,

46: 밸브 장착홀.

내부에 유체가 흐르는 관과 상기 관의 양측에 상기 관의 축과 일정한 각도를 가지도록 설치된 한 쌍 이상의 초음파 센서, 상기 초음파 센서 쌍의 사이에 천공되어 있는 설치공, 상기 설치공에서 외향 연장되어 있는 플랜지, 상기 플랜지에 결합되는 투명창을 구비하는 초음파 유량계에 있어서, 상기 투명창은 상기 플랜지 내부에 삽입되어 그 단부가 상기 관의 내면에 이르는 삽입부를 포함한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 제 1 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 초음파 유량계는 도 2에 도시된 바와 같이 내부에 유체가 흐르는 관(10)의 축과 일정한 각도를 이루도록 관(10)의 양측에 설치되어 유속을 측정하는 초음파 센서(20), 초음파 센서(20)를 제어하며 초음파 센서(20)에서 측정된 유속을 도선을 통해 전달받아 유량을 계산하는 제어부(미도시)를 구비한다.

이러한 초음파 유량계에 있어서, 유속의 측정이 이루어지는 부분의 관(10) 내부를 관찰할 수 있도록 투명창(40')이 설치된다. 이 투명창(40')의 설치를 위해 관(10)에는 한 쌍의 설치공(11)이 대향 형성되고, 각 설치공(11) 주위를 소정길이 연장하여 플랜지(30)를 형성한다. 플랜지(30)는 설치공(11)에서 연장하는 연장부(31)와 이 연장부(31)에서 벤딩된 지지부(32)를 포함하고, 투명창(40')은 플랜지(30)의 연장부(31)에 삽입되는 삽입부(41)와 지지부(32)에 걸리는 걸림부(42)를 포함한다.

상기의 투명창(40')과 플랜지(30)의 밀폐를 위해 투명창(40')의 걸림부(42)와 플랜지(30)의 지지부(32) 사이에는 가스켓(50)이 삽입되며, 투명창(40')을 플랜지(30)에 볼트(51) 결합시키기 위해 투명창(40')의 걸림부(42)에는 브래킷(52)이 걸림부(42)를 감싸는 형태로 끼워진다. 즉 볼트(51)는 투명창(40')의 걸림부(42)가 삽입된 브래킷(52)과 가스켓(50), 그리고 플랜지(30)의 지지부(32)를 차례로 관통하여 체결된다.

이와 같이 구비되어 있는 초음파 유량계에 있어서 투명창(40')의 삽입부(41)는 플랜지(30)의 연장부(31) 내에 삽입되어 플랜지(30)의 연장부(31)와 설치공(11)에 의하여 생긴 공간을 채워 투명창(40')에 의한 와류 등의 유동변형 발생을 최소화할 수 있도록 구비되어 있는데, 이러한 목적을 달성하기 위하여 투명창(40')의 삽입부(41) 단부가 관(10)의 내면에 이르도록 구비되어 있으며, 또한 삽입부(41) 단부면과 상기 관(10)의 내면은 실질적으로 동일 곡률로 이루어져 연속되도록 구비된다.

또한, 도시된 바와 같이 상측 투명창(40')의 관(10) 외측을 향하는 면이 볼록렌즈(43)를 구비하고 있으며, 하측 투명창(40')의 관 외측을 향하는 면이 광원(44)을 구비하고 있다.

본 실시 예에서는 한 쌍의 초음파 센서(20)만이 구비되어 있으나 관(10)의 크기와 유량의 정확한 측정을 위하여 그 이상의 쌍으로 구비하는 것도 유용하다.

다음은 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 초음파 유량계의 동작을 설명한다.

본 발명에 따라 초음파 유량계는 관(10)의 양측에 마련된 초음파 센서(20)에 의하여 관(10) 내부를 흐르는 유체의 유속이 측정되고, 이를 도선을 통해 전달받은 제어부(미도시)가 관(10) 내부를 흐르는 유체의 유량을 이중 적분에 의하여 계산하게 된다.

이때 내부에 공기나 수증기 등의 기포가 관(10) 내에 존재하면 이러한 기포들이 초음파 펄스를 굴절, 확산시키고 흡수 감쇄도를 변하게 하여 오차를 발생시키므로 실제 유량과 측정 유량사이에 오차가 발생하게 되는데, 본 발명에 따라 투명창(40')이 구비되어 있으므로 투명창(40')을 통해 이물질이 존재하는 지의 여부를 확인하여 오차 발생을 줄일수 있게 된다.

또한 상기의 투명창(40')은 투명창(40')의 삽입부(41)가 와류 등의 유동변형을 방지할 수 있도록 플랜지(30)의 연장부(31)와 설치공(11)에 의하여 발생된 공간을 채우는 형태로 구비되어 있으므로 종래의 초음파 유량계에서 와류를 발생시켰던 공간이 사라져 투명창(40')에 의한 와류 발생 등의 유동 변형이 방지되고 그로 인한 오차 발생을 방지할 수 있다.

또, 상기 투명창(40')중 상측 투명창(40')의 관(10) 외측을 향하는 면에 볼록렌즈(43)가 구비되어 있고 하측 투명창(40')의 관(10) 외측을 향하는 면에 광원(44)이 마련되어 있으므로 내부의 관찰이 용이하게 이루어질 수 있다.

도 3에는 본 발명에 따른 제 2 실시 예가 도시되어 있는데, 관(10)과 플랜지(30)의 구성은 제 1 실시예와 동일한 구성으로 이루어져 있다.

그 외에, 관(10)의 상, 중, 하 세 부분에 세 쌍의 초음파 센서(20)가 구비되어 있어, 상, 중, 하부의 유속을 각각 측정하여 유량의 정밀한 측정이 가능하도록 구비되어 있으며, 와류발생 방지를 위해 플랜지(30) 내부에 삽입되는 삽입부(41)를 구비하는 투명창(40')에는 밸브(45)를 장착할 수 있도록 밸브 장착홀(46)이 구비되어 있어, 투명창(40')을 통해 이물질의 존재가 확인되면, 밸브 장착홀(46)에 밸브(45)를 장착, 이물질의 제거가 용이하도록 구비되어 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 유량계는 관 내 와류 발생을 방지하는 삽입부가 마련된 투명창을 구비함으로써, 투명창으로 인하여 오차가 발생하는 것을 방지하면서 공기나 수증기 등의 이물질의 존재 여부를 확인할 수 있게 하며,

또한 투명창 상에 볼록렌즈와 광원을 마련함으로써 관내의 이물질 존재여부의 관찰이 용이하게 되며, 투명창 상에 밸브홀을 마련하여 이물질의 존재가 확인되면 밸브홀에 밸브를 장착하여 용이하게 이물질을 제거 할 수 있게 하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 내부에 유체가 흐르는 관과 상기 관의 양측에 상기 관의 축과 일정한 각도를 가지도록 설치된 한 쌍 이상의 초음파 센서, 상기 초음파 센서 쌍의 사이에 천공되어 있는 설치공, 상기 설치공에서 외향 연장되어 있는 플랜지, 상기 플랜지에 결합되는 투명창을 구비하는 초음파 유량계에 있어서,

   상기 투명창은 상기 플랜지 내부에 삽입되어 그 단부가 상기 관의 내면에 이르는 삽입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
2. 제 1항에 있어서, 상기 삽입부의 단부면과 상기 관의 내면은 실질적으로 동일 곡률로 연속되는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
3. 제 1항에 있어서, 상기 투명창의 관 외측을 향하는 면에 볼록렌즈가 구비되는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
4. 제 1항에 있어서, 상기 투명창의 관 외측을 향하는 면에 광원이 구비되는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
5. 제 1항에 있어서, 상기 투명창에 밸브를 장착할 수 있도록 밸브 장착홀이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.