KR20040065555A - 관 또는 홈형상의 유로를 이동하는 유체유량의 측정방법 - Google Patents

관 또는 홈형상의 유로를 이동하는 유체유량의 측정방법 Download PDF

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Abstract

작은 내경을 갖는 관에서 이동하는 유체의 유량은, 유로를 따라 벽체의 표면 상에 제 1 진동파 발생-검출수단과 제 2 진동파 발생-검출수단을 가진 구조체를 제조하는 단계, 유로에서 유체를 이동시키는 단계; 제 1 진동파 발생-검출수단에서 진동파를 발생시킨 다음 그 진동파를 벽체 상에 가하고 벽체 내에서 그 발생된 진동파를 제 2 진동파 발생-검출수단에 전달하는데 필요한 기간을 측정하는 단계; 제 2 진동파 발생-검출수단에서 진동파를 발생시킨 다음 그 진동파를 벽체 상에 가하고 벽체 내에서 그 발생된 진동파를 제 1 진동파 발생-검출수단에 전달하는데 필요한 기간을 측정하는 단계; 및 이 전달 기간들의 차이와 별도로 작성된 교정 데이터를 비교하는 단계에 의해 측정될 수 있다.

Description

관 또는 홈형상의 유로를 이동하는 유체유량의 측정방법{METHOD OF MEASURING FLOW OF FLUID MOVING IN PIPE OR GROOVE-LIKE FLOW PASSAGE}
기술분야
본 발명은 관 또는 채널과 같이 벽체에 의해 한정된 유로에서 이동하는 액체의 유량을 측정하는 방법에 관한 것이다.
배경기술
관에서 이동하는 액체의 유량을 측정하는 유량계로는, 클램프온형 초음파 유량계가 알려져 있다. 이 클램프온형 초음파 유량계는 관의 벽체 외부면 상에 위치되며, 관에서 이동하는 액체의 유량을 외부에서 측정할 수 있는 유량계이다.
도 1 에는, 공지의 유량 측정 시스템의 구성이 단면도의 형태로 도시되어 있다. 클램프온형 초음파 유량계는 한 쌍의 초음파 발생-검출 장치 (1a, 1b) 로 구성된다. 이 초음파 발생-검출 장치 (1a, 1b) 는 초음파 트랜스듀서 (2a) 와 초음파 전파소자 (3a) 로 구성된다. 초음파 전파소자 (3a) 는 저면 (4a) 과, 저면 (4a) 의 한 에지에서 예각으로 연장된 경사면 (5a) 으로 구성된다. 초음파 트랜스듀서 (2a) 는 초음파 전파소자 (3a) 의 경사면 (5a) 상에 위치된다. 이 초음파 트랜스듀서로는, 압전 트랜스듀서 (진동자) 가 이용된다. 압전 트랜스듀서는 압전 세라믹 소자와, 압전 세라믹 소자에 전압을 인가하는 한 쌍의 전극으로 구성된다. 이와 동일하게, 초음파 발생-검출 장치 (1b) 는 초음파 전파소자 (3b) 의 경사면 (5b) 상에 위치된 초음파 트랜스듀서 (2b) 를 포함한다.
각각의 초음파 트랜스듀서 (2a, 2b) 는 이 트랜스듀서에 전압이 인가되는 경우 초음파를 발생시키면서, 이 트랜스듀서가 초음파를 수신한 경우 전압을 생성한다. 따라서, 초음파 트랜스듀서가 탑재된 초음파 발생-검출 장치 (1a, 1b) 는 초음파 발생기와 초음파 검출기로 기능할 수 있다.
초음파 발생-검출장치 (1a, 1b) 는, 장치 (1a, 1b) 에 의해 전달되는 초음파가, 관의 내부에서 흐르는 유체를 따라 화살표 (7) 로 나타낸 방향으로 즉, 도 1 에 나타낸 방향의 (점선으로 나타낸) 루트 (9) 상으로 전파하도록 하는 방식으로 관 (6) 상에 제공된다.
관의 내부에서 흐르는 유체의 유량은 다음과 같은 방법으로 결정된다. 먼저, 초음파를 발생시키도록, 전압 펄스가 초음파 발생-검출장치 (1a) 의 초음파 트랜스듀서 (2a) 에 인가된다. 초음파는 초음파 전파소자 (3a), 관 (6) 의 벽체, 및 초음파 전파 소자 (3b) 를 도 1 의 점선 (9) 으로 나타낸 루트로 전파한다. 후속하여, 이 초음파는 초음파 발생-검출장치 (1b) 의 초음파 트랜스듀서 (2b) 에 의해 수신된다. 초음파가 초음파 발생-검출장치 (1a) 에 의해 발생되는 시간으로부터 초음파가 초음파 발생-검출장치 (1b) 에 의해 수신되는 시간까지의 기간 (T1) 이 검출된다.
후속하여, 초음파를 발생시키도록, 전압 펄스가 초음파 발생-검출장치 (1b) 의 초음파 트랜스듀서 (2b) 에 인가된다. 초음파는 방향이 반대이지만 위와 동일한 루트로 전파한 다음, 초음파 발생-검출장치 (1a) 의 초음파 트랜스듀서 (2a) 가 전파된 초음파를 수신한다. 초음파가 초음파 발생-검출장치 (1b) 에 의해 발생되는 시간으로부터 초음파가 초음파 발생-검출장치 (1a) 에 의해 수신되는 시간까지의 기간 (T2) 이 검출된다. 화살표 (9a) 를 따라 장치 (1a) 로부터 장치 (1b) 로의 초음파의 전파에 필요한 기간 (T1) 은 화살표 (9b) 를 따라 장치 (1b) 로부터 장치 (1a) 로의 초음파의 전파에 필요한 기간 (T2) 과 다르다.
장치 (1a) 로부터 장치 (1b) 로의 초음파는 (화살표 (9a) 의 방향으로) 흐르는 유체의 도움으로 증가된 속도로 전파되기 때문에, 기간 (T1) 은 정지상태의 물속에서 초음파를 전파시키는데 필요한 기간보다 더 짧은 반면, 장치 (1b) 로부터 장치 (1a) 로의 초음파는 (화살표 (9b) 의 방향으로) 유체의 스트림을 역류하여 전파되기 때문에, 기간 (T2) 은 정지상태의 물속에서 초음파를 전파시키는데 필요한 기간보다 더 오래 걸린다.
따라서, 전파기간의 차이 (T2-T1) 는 관에서 흐르는 유체의 운동의 유량에 상관된다. 따라서, 흐르는 유체운동의 유량은, 전파기간의 차이와, 유량과 전파기간의 차이 간의 관계를 나타내는 별도로 작성된 교정 데이터로부터 계산된다.
따라서, 클램프온형 초음파 유량계는 흐르는 유체와의 직접적인 접촉없이 유량을 결정할 수 있다는 이점을 갖는다. 한편, 클램프온형 초음파 유량계는 작은 내경을 갖는 관에서 이용하는 액체의 유량을 측정하는데 적용할 경우 낮은 정확도의 측정 데이터가 주어진다는 단점을 갖는다. 관의 내경이 작은 경우, 유체를 따라 전달되는 초음파의 거리가 매우 짧게 되고, 따라서, 상술한 기간의 차이가 매우 작게 된다. 따라서, 유량의 측정 정확도가 낮아진다.
상술한 바와 같이, 종래의 초음파 유량계는 유체에서 전달되는 초음파를 이용하여 유량을 측정한다. 관이 유체로 완전히 채워지지 않거나 기포나 부유물과 같은 불균일상이 존재하는 경우, 초음파가 관속의 공기 또는 유체내의 기포 등과 같은 것에 의해 반사되거나 확산된다. 따라서, 유량을 정확하게 측정하는 것이 불가능하다.
클램프온형 초음파 유량계를 이용한 측정에서, 이를 따라 초음파가 전달되는 루트가 한정되고 루트의 거리가 초음파 전파소자와 관 사이의 접촉면에 대한 입사각과 굴절각, 및 관과 유체 간의 접촉면에 대한 입사각과 굴절각에 의해 한정된다.
따라서, 유체내에서의 초음파의 전달거리는 초음파 입사각을 더욱 큰 값으로 설정 (저면에 대한 초음파 전파소자의 경사면의 각을 더욱 큰 값으로 설정) 함으로써 더 길게 할 수 있다. 그러나, 초음파 입사각이 큰 값으로 설정되는 경우, 초음파는 접촉면에서 반사되기 쉽고 이 초음파는 유체에 거의 진입하지 못한다. 또한, 입사각이 특정값을 초과하는 경우, 초음파는 전반사되어 유체에 진입하지 못한다.
다른 방법으로, 초음파 전파소자와 관을 적절한 재료로 선택함으로써, 초음파의 굴절각이 큰 값으로 설정될 수 있으며 유체에서 초음파 전달거리가 연장될 수 있다. 그러나, 초음파 전파소자를 제조하는데 이용가능한 재료는 한정되어 있다. 따라서, 유체에서 초음파를 전달하는 거리를 어떤 한계값보다 크게 연장하는 것이 어렵다.
상술한 이유로, 시판중인 클램프온형 초음파 유량계는 25mm 이상의 내경을 갖는 관에 대하여 이용할 수 있다.
통상적으로, 작은 내경을 갖는 관들은 식품, 의약품, 화학제품, 및 반도체 디바이스의 제조산업분야에서 소량의 유체를 이동시키는데 이용된다. 이들 산업분야에서는, 작은 내경을 갖는 관에서 이동하는 유체의 유량을 정확하게 측정하는 것이 필요하다. 또한, 작은 내경을 갖는 관은 치료중인 환자에게 의약적 활성액 또는 혈액을 연속적으로 투여하는데 이용된다. 그 경우, 의약적 활성액 또는 혈액의 유량은 매우 정확하게 측정되어야 한다.
지금까지, 작은 내경을 갖는 관에서 이동하는 유체의 유량은 예를 들면, 가변면적 유량계에 의해 측정된다. 가변면적 유량계를 이용한 측정에서는, 유관으로부터 수직으로 연장되는 루트에, 플로트가 위치되며, 유체의 상승 흐름에 의해 이동하는 플로트의 높이를 측정하여, 유체의 유량을 결정한다. 따라서, 가변면적 유량계는 플로트가 상하로 이동할 수 있도록 수직으로 위치되는 것이 필요하다. 또한, 가변면적 유량계를 기존에 어셈블리된 관 라인들에 이용하는 경우, 이 관 라인들의 일부분을 가변면적 유량계로 교체하는 것이 필요하다.
또한, 작은 내경을 갖는 관에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는데 이용할 수 있는 전자기 유량계도 알려져 있다. 그러나, 전자기 유량계는 전기전도성을 갖지 않는 유체의 흐름을 측정하는데는 이용할 수 없다. 또한, 전자기 유량계를 기존에 어셈블리된 관 라인들에 이용하는 경우, 관 라인들의 일부분을 전자기 유량계로 교체하는 것이 필요하다.
또한, 작은 내경을 갖는 관에서 이동하는 유체를 측정하는데 이용할 수 있는, 링 형태의 초음파 트랜스듀서를 이용한 초음파 유량계도 알려져 있다. ISHIKAWA, Hiroo 등의 제목이 "Sensor arrangement and flowing characteristics of a ultrasonic micro flowmeter for liquid" (Collectve Papers of Society of Measurement Automatic Control, 2000, Vol 36, No.12, pp 1071-1078) 인 논문에는, 링 형태의 초음파 트랜스듀서를 이용한 초음파 유량계가 개시되어 있다.
상술한 초음파 유량계는 링 형태의 초음파 트랜스듀서 쌍을 포함한다. 각각의 초음파 트랜스듀서 쌍은 그 내부에서 유체가 이동되어지는 관을 따라 배치된다. 링 형태의 초음파 트랜스듀서에 의한, 관에서 흐르는 유체의 유량의 측정은 다음과 같은 과정에 의해 수행된다. 먼저, 한 초음파 트랜스듀서에서 초음파가 발생된다. 이후, 이 초음파는 관을 따라 유체에서 전달되어, 또 다른 초음파 트랜스듀서에 도착된다. 이후, 초음파 전달기간이 측정된다. 후속하여, 후자의 초음파 트랜스듀서에서 초음파가 발생된다. 이후, 이 초음파는 전자의 초음파 트랜스듀서에 전달된다. 다시, 초음파 전달기간이 측정된다. 이 전달기간들 간의 차이가 계산된다. 이 전달기간들 차이와, 유량과 전달기간 간의 관계를 나타내는 기존에 작성된 교정 데이터 간의 비교에 의해 목표 유체의 유량을 알 수 있다.
링 형태의 초음파 트랜스듀서의 초음파 유량계를 이용한 측정에서는, 관의종방향을 따라 초음파가 유체에서 전달된다. 그 결과, 이를 따라 초음파가 유체에서 전달되는 거리가, 입사각과 굴절각을 고려함이 없이 링의 형태로 초음파 트랜스듀서의 쌍 간의 공간을 확장함으로써 연장할 수 있다. 따라서, 작은 내경을 갖는 관에서 이동하는 유체의 유량이 결정될 수 있다.
그러나, 링의 형태의 초음파 트랜스듀서를 포함한 초음파 유량계를 이용한 측정시스템은, 이 유량계를 사전설치된 관 라인 상에 배치할 경우, 사전설치된 관 라인의 일부분을 해체해야 할 필요가 있다는 문제를 갖는다. 또한, 이는, 가변면적 유량계의 이용에서도 발생하는 문제이기도 하다.
또한, 링 형태의 초음파 트랜스듀서를 이용한 초음파 유량계는 도 1 의 초음파 유량계를 이용한 측정에서의 방법과 동일한 방법으로 유체에서 전달되는 초음파를 이용하여 유량을 측정하기 때문에, 관이 유체로 완전히 채워지지 않거나 기포나 부유물과 같은 불균일상이 유체내에 존재하는 경우, 초음파가 관속의 공기 또는 유체내의 기포 등과 같은 것에 의해 반사되거나 확산된다. 따라서, 그 경우, 유량을 정확하게 측정하는 것이 불가능하다.
본 발명의 목적은 작은 내경을 갖는 관에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는데 적합하게 이용가능하며, 사전설치된 관의 라인들을 해체함이 없이 이용가능한 측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기포나 부유물과 같은 불균일상을 포함하는 유체의 유량을 측정하는데 적합하게 이용가능한 측정방법을 제공하는 것이다.
발명의 개요
본 발명은 도 1 에 나타낸 바와 같은 종래의 클램프온형 초음파 유량계에서, 초음파 발생-검출수단 및 초음파 전파부재의 재료를 변경하고 이들 재료의 여러 조합들을 시도함으로써 유체에서 전달되는 초음파 전달 길이의 연장에 대하여 연구하였다. 그 결과, 발명자 등은 작은 내경을 갖는 관에서 이동하는 유체의 유량을 정확하게 측정하는 것이 매우 어렵다는 것을 확인하였다.
상술한 이유로, 본 발명자는 관의 벽체에서 전달되는 진동파를 이용하는 것을 고려하여, 이러한 진동파에 대하여 상세하게 분석하였다. 이제까지, 이 진동파는 유량의 측정시 잡음으로 취급하였다. 그 분석 결과, 발명자는 관의 벽체에서 전달되는 진동파를 이용하여 관에서 이동하는 유체의 유량을 측정할 수 있음을 발견하였다.
상술한 바와 같이, 종래의 초음파 유량계를 이용한 측정에서는, 벽체에서 전달되는 진동파는 잡음으로 본다. 예를 들면, 일본특허출원번호 제2000-180228호에는 초음파 유량계에 의해 유량을 측정하는 과정에서 관의 벽체에서 전달되는 진동파를 제거하는 플랜지 형태의 초음파 필터가 개시되어 있다.
본 발명은 유로에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는 방법을 제공하며 이 방법은,
(1) 벽체에 의해 한정되는 관 또는 채널의 형태인 유로와, 이 유로를 따라 벽체의 내부면 또는 외부면에 배치된 진동파 발생수단 및 진동파 검출수단을 포함하는 구조체를 제조하는 단계;
(2) 유로에서 유체를 이동시키는 단계;
(3) 진동파 발생수단에서 진동파를 발생시키고 그 진동파를 벽체 상에 가하는 단계;
(4) 이 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에서의 진동파 검출수단으로 전달하는데 필요한 기간을 측정하는 단계;
(5) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체 또는 이 구조체의 균등물의 유로에서 상기 단계 (2) 에서 이용된 유체 또는 이 유체의 균등물을 기지의 레이트로 이동시키고 상기 단계 (3) 과 (4) 에서와 같이 측정을 수행하는 단계에 의해 구한 진동파의 전달기간과 유체의 유량 간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계; 및
(6) 상기 단계 (4) 에서 측정된 전달기간과 상기 단계 (5) 에서 작성된 교정 데이터를 비교하여 단계 (2) 에서 이동시킨 유체의 유량을 결정하는 단계를 포함한다.
유체의 유량을 측정하는 이러한 방법을 제 1 방법이라 한다. 제 1 방법에 대한 바람직한 실시형태들은 아래와 같이 주어진다.
(A) 진동파 발생 수단은 트랜스듀서와, 진동방향-제어소자를 구비하며, 이 트랜스듀서에 의해 발생되는 진동파는 벽체 상에 수직으로 가해진다.
(B) 유로의 벽체는 수지 재료, 금속 재료 또는 세라믹 재료를 포함한다.
(C) 유로는 0.1mm 내지 10mm 인 내경을 갖는 관의 형태이다.
또한, 본 발명은 유로에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는 방법을 제공하며, 이 방법은,
(1) 벽체에 의해 한정되는 관 또는 채널의 형태인 유로, 및 이 유로를 따라 벽체의 외부면 또는 내부면 상에 배치된 진동파 발생수단, 제 1 진동파 검출수단 및 제 2 진동파 검출수단을 포함하는 구조체를 제조하는 단계;
(2) 유로에서 유체를 이동시키는 단계;
(3) 진동파 발생수단에서 진동파를 발생시키고 이 진동파를 벽체 상에 가하는 단계;
(4) 이 발생된 진동파가 제 1 진동파 검출수단에 의해 수신되는 시간으로부터 이 진동파가 제 2 진동파 검출수단에 의해 수신되는 시간까지의 기간을 측정하는 단계로서, 이 진동파는 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에 전달되는, 측정하는 단계;
(5) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체의 또는 이 구조체의 균등물의 유로에서 상기 단계 (2) 에서 이용되는 유체 또는 이 유체의 균등물을 기지의 레이트로 이동시키고 상기 단계 (3) 과 (4) 에서와 같이 측정을 수행하는 단계에 의해 구한 진동파의 전달기간과 유체의 유량 간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계; 및
(6) 상기 단계 (4) 에서 측정된 전달기간과 상기 단계 (5) 에서 작성된 교정 데이터를 비교하여, 단계 (2) 에서 이동시킨 유체의 유량을 결정하는 단계를 포함한다.
유체의 유량을 측정하는 이 방법을 제 2 방법이라 한다. 이 제 2 방법의 바람직한 실시형태들은 아래와 같이 주어진다.
(A) 진동파 발생수단은 트랜스듀서와 진동방향-제어소자를 구비하며, 이 트랜스듀서에 의해 발생되는 진동파는 벽체 상에 수직으로 가해진다.
(B) 유로의 벽체는 수지 재료, 금속 재료 또는 세라믹 재료를 포함한다.
(C) 이 유로는 0.1mm 내지 10mm 인 내경을 갖는 관의 형태이다.
또한, 본 발명은 유로에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는 방법을 제공하며, 이 방법은,
(1) 벽체에 의해 한정되는 관 또는 채널의 형태인 유로와, 이 유로를 따라 벽체의 외부면 또는 내부면 상에 배치된 제 1 진동파 발생-검출수단과 제 2 진동파 발생-검출수단을 포함하는 구조체를 제조하는 단계;
(2) 유로에서 유체를 이동시키는 단계;
(3) 제 1 진동파 발생-검출수단에서 진동파를 발생시키고 이 진동파를 벽체 상에 가하는 단계;
(4) 이 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에서의 제 2 진동파 발생-검출 수단에 전달하는데 필요한 기간을 측정하는 단계;
(5) 제 2 진동파 발생-검출수단에서 진동파를 발생시키고 이 진동파를 벽체 상에 가하는 단계;
(6) 이 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에서의 제 1 진동파 발생-검출 수단에 전달하는데 필요한 기간을 측정하는 단계;
(7) 상기 단계 (4) 에서 측정된 기간과, 상기 단계 (6) 에서 측정된 기간 간의 차이를 계산하는 단계;
(8) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체 또는 이 구조체의 균등물의 유로에서, 상기 단계 (2) 에서 이용된 유체 또는 이 유체의 균등물을 이동시키고, 상기 단계 (3) 및 (4) 와 단계 (5) 및 (6) 에서와 같이 기간의 측정을 수행하고, 상기 단계 (7) 에서 설명된 방법으로 기간의 차이를 계산하여 구한 진동파의 전달기간의 차이와, 유체의 유량 간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계; 및
(9) 상기 단계 (7) 에서 구한 전달기간의 차이와, 상기 단계 (8) 에서 작성된 교정 데이터를 비교하여, 단계 (2) 에서 이동시킨 유체의 유량을 결정하는 단계를 포함한다.
유체의 유량을 측정하는 이 방법을 제 3 방법이라 한다. 이 제 3 방법에 대한 바람직한 실시형태들은 아래와 같이 주어진다.
(A) 각각의 진동파 발생-검출수단은 트랜스듀서와 진동방향-제어소자를 구비하며, 이 트랜스듀서에 의해 발생되는 진동파는 벽체 상에 수직으로 가된다.
(B) 유로의 벽체는 수지 재료, 금속 재료 또는 세라믹 재료를 포함한다.
(C) 이 유로는 0.1mm 내지 10mm 인 내경을 갖는 관의 형태이다.
또한, 본 발명은 유로에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는 방법을 제공하며, 이 방법은,
(1) 벽체에 의해 한정되는 관 또는 채널의 형태인 유로, 이 유로를 따라 벽체의 외부면 또는 내부면 상에 배치되는 제 1 진동파 검출수단과 제 2 진동파 검출수단, 및 2개의 진동파 검출수단 간에 제공되는 진동파 발생수단을 포함하는 구조체를 제조하는 단계;
(2) 유로에서 유체를 이동시키는 단계;
(3) 진동파 발생수단에서 진동파를 발생시키고 이 진동파를 벽체 상에 가하는 단계;
(4) 이 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에서의 제 1 진동파 검출수단으로 전달하는데 필요한 기간을 측정하고, 이 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에서의 제 2 진동파 검출수단으로 전달하는데 필요한 기간을 측정하는 단계;
(5) 상기 단계 (4) 에서 측정된, 제 1 진동파 검출수단으로의 진동파 전달에 필요한 기간과, 제 2 진동파 검출수단으로의 진동파 전달에 필요한 기간 간의 차이를 계산하는 단계;
(6) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체 또는 이 구조체의 균등물의 유로에서, 상기 단계 (2) 에서 이용된 유체 또는 이 유체의 균등물을 이동시키고 단계 (3) 및 (4) 에서와 같이 기간의 측정을 수행하며 상기 단계 (5) 에서와 동일한 방법으로 기간의 차이를 계산하여 구한 진동파의 전달 기간의 차이와, 유체의 유량 간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계; 및
(7) 상기 단계 (5) 에서 구한 전달기간의 차이와 상기 단계 (6) 에서 구한 교정 데이터를 비교하여 단계 (2) 에서 이동시킨 유체의 유량을 결정하는 단계를 포함한다.
유체의 유량을 측정하는 이 방법을 제 4 방법이라 한다. 제 4 방법의 바람직한 실시형태들은 다음과 같이 주어진다.
(A) 진동파 발생수단은 트랜스듀서와 진동방향-제어소자를 구비하며, 이 트랜스듀서에 의해 발생되는 진동파는 벽체 상에 수직으로 가해진다.
(B) 유로의 벽체는 수지 재료, 금속 재료 또는 세라믹 재료를 포함한다.
(C) 이 유로는 0.1mm 내지 10mm 인 내경을 갖는 관의 형태이다.
또한, 본 발명은 유로에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는 방법을 제공하며, 이 방법은,
(1) 벽체에 의해 한정되는 관 또는 채널의 형태인 유로, 이 유로를 따라 벽체의 외부면 또는 내부면 상에 배치되는 제 1 진동파 발생수단과 제 2 진동파 발생수단, 및 2개의 진동파 발생수단 간에 제공되는 제 1 진동파 검출수단과 제 2 진동파 검출수단을 포함하는 구조체를 제조하는 단계;
(2) 유로에서 유체를 이동시키는 단계;
(3) 제 1 진동파 발생수단에서 진동파를 발생시키고 이 진동파를 벽체 상에 가하는 단계;
(4) 이 발생된 진동파가 제 1 진동파 검출수단에 의해 수신되는 시간으로부터 이 진동파가 제 2 진동파 검출수단에 의해 수신되는 시간까지의 기간을 측정하는 단계로서, 이 진동파는 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에 전달되는, 측정하는 단계;
(5) 제 2 진동파 발생수단에서 진동파를 발생시키고 이 진동파를 벽체 상에 가하는 단계;
(6) 이 발생된 진동파가 제 2 진동파 검출수단에 의해 수신되는 시간으로부터 이 진동파가 제 1 진동파 검출수단에 의해 수신되는 시간까지의 기간을 측정하는 단계로서, 이 진동파는 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에 전달되는, 측정하는 단계;
(7) 상기 단계 (4) 에서 측정한 기간과 상기 단계 (6) 에서 측정한 기간 간의 차이를 계산하는 단계;
(8) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체 또는 이 구조체의 균등물의 유로에서 상기 단계 (2) 에서 이용된 유체를 기지의 레이트로 이동시키고 단계 (3) 및 (4) 와 단계 (5) 및 (6) 에서와 같이 기간의 측정을 수행하며 상기 단계 (7) 에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 기간의 차이를 계산하는 단계에 의해 구한 진동파의 전달기간의 차이와 유체의 유량 간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계; 및
(9) 상기 단계 (7) 에서 구한 전달기간의 차이와, 상기 단계 (8) 에서 작성한 교정데이터를 비교하여, 단계 (2) 에서 이동시킨 유체의 유량을 결정하는 단계를 포함한다.
유체의 유량을 측정하는 이러한 방법을 제 5 방법이라 한다. 이 제 5 방법에 대한 바람직한 실시형태들은 다음과 같이 주어진다.
(A) 진동파 발생수단은 트랜스듀서와 진동방향-제어소자를 구비하며, 트랜스듀서에 의해 발생되는 진동파가 벽체 상에 수직으로 가해진다.
(B) 유로의 벽체는 수지 재료, 금속 재료 또는 세라믹 재료를 포함한다.
(C) 유로는 0.1mm 내지 10mm의 내경을 갖는 관의 형태이다.
본 발명에서, 채널의 형태인 유로는 하천 또는 인공적으로 제조할 수 있는 시내일 수 있다. 채널의 형태인 이 유로가 하천이나 시내인 경우, 벽체의 내부면은 하천이나 시내의 바닥이나 측벽을 의미한다.
본 발명에서 이용가능한 구조체의 균등물은 유량을 측정하는 구조체와 동일한 구성을 가지며 유량을 측정하는 구조체와 동일한 재료로 형성되는 별개의 구조체를 의미한다.
유로에서 이동하는 유체의 균등물은 측정할 유체의 밀도와 실질적으로 동일한 밀도를 갖는 유체이다. "실질적으로 동일한"의 용어는 측정할 유체의 대응값의 0.3 내지 1.7 배의 범위에 있는 값을 가짐을 의미한다. 유체 균등물의 밀도는 측정할 유체의 밀도의 0.4 내지 1.6 배의 범위에 있는 것이 바람직하다. 유체 균등물은 측정할 유체와 동일한 것이 가장 바람직하다. 측정할 유체가 높은 취급주의를 갖고 처리되어야 할 유체인 경우, 예를 들면, 이 유체는 인화성 또는 유독성이기 때문에, 교정 데이터의 작성에 이용가능한 유체는 물인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유량의 측정에서, 유체의 유량은 유로내에서 이동하는 유체의 영향하에서 유로의 벽체에 전달되는 진동파를 측정하여 결정된다. 벽체에 전달되는 진동파가 유로내에서 이동하는 유체에 의해 영향을 받는 이유는 다음과 같이 추정될 수 있다.
유체의 벽체에 전달되는 진동파는 유량의 측정과 다른 기술분야에서 이용되어 왔다. J. Acoust. Soc. Am., Vol. 93, No. 6, 3235, 1993-06에서의N.Kanabe 기술보고서에서는, 진동파가 발생되고 종방향을 따라 관의 벽체에 전달된 다음 관에 위치된 분체재료가 관에 전달되는 것이 개시되어 있다. 이러한 진동파는 관의 종방향과 직교하는 방향으로 진동하여 관의 종방향으로 전달되는 횡파로 주로 이루어진다. 따라서, 유로의 벽체는 벽체의 수직면을 따른 방향으로 변위되며, 이 변위의 이동은 관의 횡방향으로 전달된다.
위 기술보고서에서 상술한 바와 같이, 본 발명에서 이용되는 진동파는 횡파로 주로 이루어진 진동파의 형태로 관의 벽체에 전달되는 것으로 가정한다. 유체가 관내에서 이동하는 경우, 진동파의 가해짐에 의해 진동하는 관의 벽체는 코리올리힘을 받고, 이에 따라 (벽체의 변위의 전달에 대응하여) 벽체에 전달되는 진동파의 위상이 변한다.
진동파가 제 1 진동파 발생-검출수단으로부터 제 2 진동파 발생-검출수단으로 전달되는 경우에 벽체에 의해 받아들여지는 코리올리힘의 위상 (방향) 은 진동파가 제 2 진동파 발생-검출수단으로부터 제 1 진동파 발생-검출수단으로 전달되는 경우에 벽체에 의해 받아들여지는 코리올리힘의 위상과 180°만큼 상이하다. 따라서, 진동파가 유체의 이동을 따라 벽체에 전달되는 경우, 유체의 전달기간은 짧아진다. 이와 반대로, 진동파가 유체의 이동과 반대하는 방향으로 벽체에 전달되는 경우, 유체의 전달기간은 길어진다. 관의 벽체가 유체의 유량에 대응하는 코리올리힘을 받는다. 따라서, 관의 내측에서 흐르는 유체의 유량은 관으로의 진동파의 전달 기간으로부터 결정될 수 있다.
유체가 기체인 경우에도, 코리올리힘은 발생한다. 따라서, 본 발명의 측정방법은 기체의 유량의 측정에도 적용가능하다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 유체의 유량을 측정하는 종래의 시스템을 나타내는 단면도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 3 방법) 을 수행하는 구조체의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 3 은 도 2 의 구조체에서의 진동파 발생-검출수단 (22a) 의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4 는 물로 채운 도 2 의 아크릴수지관에 위치된 제 1 진동파 발생-검출수단의 초음파 트랜스듀서에 인가되는 전압의 파형 (S1) 과, 관의 벽체에 전달되는 진동파에 대응하고 제 2 진동파 발생-검출수단에 의해 검출되는 전압의 파형 (S2) 을 나타낸다.
도 5 는 전자기 유량계에 의해 측정되는 유량과 본 발명에 따라 측정되는 유량 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 측정은 도 4 에서와 같은 아크릴수지 관에서 이동하는 물에 대하여 수행하였다.
도 6 은 물로 채워진 도 2 의 스텐인레스 스틸 관에 위치된 제 1 진동파 발생-검출수단의 초음파 트랜스듀서에 인가되는 전압의 파형 (S1) 과, 관의 벽체에 전달되는 진동파에 대응하며 제 2 진동파 발생-검출수단에 의해 검출되는 전압의 파형 (S2) 을 나타낸다.
도 7 은 전자기 유량계에 의해 측정되는 유량과 본 발명에 따라 측정되는 측정되는 유량 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 측정은 도 6 에서와 같은 스테인레스 스틸 관에서 이동하는 물에 대하여 수행하였다.
도 8 은 물로 채워진 도 2 의 플루오르화수지 관에 위치된 제 1 진동파 발생-검출수단의 초음파 트랜스듀서에 인가되는 전압의 파형 (S1) 과, 관의 벽체에 전달되는 진동파에 대응하며 제 2 초음파 발생-검출수단에 의해 검출되는 전압의 파형 (S2) 을 나타낸다.
도 9 는 전자기 유량계에 의해 측정되는 유량과 본 발명에 따라 측정되는 유량 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 측정은 도 8 에서와 같은 플루오르화수지 관에서 이동하는 물에 대하여 수행하였다.
도 10 은 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 3 방법) 을 수행하는 구조체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 11 은 도 10 의 구조체에서의 진동파 발생-검출수단 (102a) 의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 12 는 물로 채운 도 10 의 아크릴수지관에 위치된 제 1 진동파 발생-검출수단의 초음파 트랜스듀서에 인가되는 전압의 파형 (S1) 과, 관의 벽체에 전달되는 진동파에 대응하고 제 2 진동파 발생-검출수단에 의해 검출되는 전압의 파형 (S2) 을 나타낸다.
도 13 은 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 3 방법) 을 수행하는 구조체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 14 는 도 13 의 선 I-I에 따른 구조체의 단면도이다.
도 15 는 전자기 유량계에 의해 측정되는 유량과 본 발명에 따라 측정되는 유량 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 측정은 도 13 의 플루오르화수지 관에서 이동하는 물의 유량을 결정하도록 수행하였다.
도 16 은 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 3 방법) 을 수행하는 구조체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 17 은 도 16 의 선 II-II에 따른 구조체의 단면도이다.
도 18 은 관의 축을 따라 본 진동파 발생-검출수단 (162a) 의 측면도이다.
도 19 는 물로 채운 도 16 의 플루오르화수지 관에 위치된 제 1 진동파 발생-검출수단의 초음파 트랜스듀서에 인가되는 전압의 파형 (S1) 과, 관의 벽체에 전달되는 진동파에 대응하고 제 2 진동파 발생-검출수단에 의해 검출되는 전압의 파형 (S2) 을 나타낸다.
도 20 은 전자기 유량계에 의해 측정되는 유량과 본 발명에 따라 측정되는 유량 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 측정은 도 19 의 플루오르화수지 관에서 이동하는 물의 유량을 결정하도록 수행하였다.
도 21 은 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 1 방법) 을 수행하는 구조체의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 22 는 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 2 방법) 을 수행하는 구조체의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 23 은 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 4 방법) 을 수행하는 구조체의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 24 는 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 5 방법) 을 수행하는 구조체의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 25 는 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 3 방법) 을 수행하는 구조체의 또 다른 예를 나타내는 부분적으로 절단한 사시도이다.
본 발명의 상세한 설명
먼저, 본 발명의 대표적인 방법인 제 3 방법을, 첨부된 도면을 통하여 설명한다.
도 2 는 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 3 방법) 을 수행하는 구조체의 일 예를 나타내는 단면도이다. 도 2 에 나타낸 바와 같이, 관 (21) 에서 이동하는 유체의 유량의 측정은 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 과 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 을 이용하여 수행된다.
관 (21) 의 내부에서 이동하는 유체의 유량은, 다음 단계 (1) 내지 (9) 에 의해 결정될 수 있다.
(1) 관 (21) 을 따라 벽체 (24) 의 외부면 상에 배치된 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 과 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 을 포함하는 구조체를 제조하는 단계. 진동파 발생-검출수단의 세부내용은 후술한다.
(2) 관 (21) 에서 측정되어질 유체를 이동시키는 단계. 도 2 에 나타낸 화살표 (23) 는 유체의 이동방향을 나타낸다.
(3) 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 에서 진동파를 발생시키고 그 진동파를 벽체 (24) 에 가하는 단계.
(4) 이 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체 (24) 에서의 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 으로 전달시키는데 필요한 기간 (T1) 을 측정하는 단계.
(5) 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 에서 진동파를 발생시키고 그 진동파를 벽체 (24) 에 가하는 단계.
(6) 이 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체 (24) 에서의 제 2 진동파 발생-검출수단 (22a) 으로 전달시키는데 필요한 기간 (T2) 을 측정하는 단계.
(7) 상기 단계 (4) 에서 측정된 기간 (T1) 과 상기 단계 (6) 에서 측정된 기간 (T2) 간의 차이를 계산하는 단계.
상술한 바와 같이, 본 발명의 발명자는 관의 벽체에서 전달되는 진동파에 대하여 자세한 연구를 하였다. 그 결과, 발생된 진동파를 관의 벽체에서의 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 으로부터 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 으로 전달하는데 필요한 기간 (T1) 은, 이 기간 (T1) 이 이동중인 유체의 영향으로 변하기 때문에, 유체가 정지상태를 유지하는 경우에 측정된 기간 (T0) 보다도 더 짧다. 또한, 발생된 진동파를 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 으로부터 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 으로 전달하는데 필요한 기간 (T2) 은, 이 기간 (T2) 이 또한 이동중인 유체의 영향으로 변하기 때문에, 유체가 정지상태를 유지하는 경우에 측정된 기간 (T0) 보다도 더 길다. 유량이 증가하는 경우, 기간 (T1) 은 더욱 짧아지는 반면, 유량이 감소하는 경우, 기간 (T2) 은 더욱 길어진다. 이러한 점에서, 전달기간은 유체의 유량과 관련하여 변한다는 것을 확인하였다. 따라서, 유체의 유량은 기간 (T1), 기간 (T2) 또는 기간 (T1) 과 기간 (T2) 의 조합을 이용하여 결정될 수 있다. 제 3 방법의 측정에서와 같이, 기간 (T1) 과 기간 (T2) 간의 차이에 의해 이동하는 유체의 영향하에서 진동파의 전달기간의 변경 검출을 용이하게 할 수 있다.
(8) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체 또는 이 구조체의 균등물의 관에서 상기 단계 (2) 에서 이용된 유체 또는 이 유체의 균등물을 기지의 레이트로 이동시키고 상기 단계 (3) 및 (4) 와 상기 단계 (5) 및 (6) 에서와 같은 기간 측정을 수행한 다음 상기 단계 (7) 에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 기간의 차이를 계산하는 단계에 의해 구한 진동파의 전달기간과 유체의 유량 간의 차이 간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계.
예를 들어, 해체작업 없이 이전에 형성된 관에 대하여 교정 데이터를 구해야 할 경우, 다음 과정에 의해 교정 데이터를 구할 수 있는데, 제 1 진동파 발생-검출 수단과 제 2 진동파 발생-검출 수단은 동일한 구조체를 제공하도록 동일한 재료로제조되는 관 상에 위치되며, 단계 (2) 에서 이용되는 것과 동일한 유체가 이 관에서 이동된다. 기준 유량은 전자기 유량계를 이용한 측정에 의하여 구해질 수 있다.
교정 데이터를 구하는 단계 (8) 는 단계 (9) 이전의 어느 시간에서나, 제 3 방법 이외의 또 다른 방법들로 수행될 수 있다.
(9) 상기 단계 (7) 에서 구한 전달기간의 차이와 상기 단계 (8) 에서 작성한 교정 데이터를 비교함으로써 단계 (2) 의 유체의 유량을 결정하는 단계.
이하, 진동파 발생-검출 수단을 설명한다.
본 발명에 따른 측정에서, 유체의 유량은 관 또는 채널의 형태로 유로의 벽체에 전달되는 진동파를 측정함으로써 결정된다. 따라서, 그 수단이 진동파를 발생할 수 있고 검출할 수 있는 한, 진동파 발생-검출수단에 대한 특별한 제한을 두지 않는다. 도 1 에 나타낸 초음파 발생-검출 수단과 같은 종래의 초음파 유량계에서 이용가능한 공지의 진동파 발생-검출수단과, 상술한 링의 형태의 초음파 트랜스듀서를 이용할 수 있다.
본 발명에 이용되는 각각의 진동파 발생-검출 수단은 진동파가 벽체로 효과적으로 가해지도록 진동파의 방향을 제어하는 소자와 트랜스듀서를 바람직하게 포함한다. 진동파 발생-검출수단의 트랜스듀서에 의해 발생되는 진동파는 진동파 방향-제어 소자의 이용에 의해 벽체에 실질적으로 수직으로 가해지는 것이 바람직하다. 따라서, 상술한 진동파는 벽체에 효과적으로 가해진다.
또한, 진동파의 주파수가 벽체의 고유 주파수와 동일하도록 형성되는 진동파를 벽체에 효과적으로 가하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 벽체의 고유 주파수는 유한소자 방법에 따라서 분석하는 소프트웨어인 (ANSYS Corp.에서 시판중인) "ANSYS"를 이용한 시뮬레이션에 의해 계산할 수 있다.
본 발명에서 이용되는 진동파는 일반적으로 초음파라 하는 20kHz 이상의 주파수를 갖는 진동파로만 제한되지 않는다. 10kHz 내지 1MHz 의 주파수를 갖는 진동파가 벽체에 바람직하게 가해진다.
트랜스듀서로는, 전기왜곡형 트랜스듀서 또는 자기왜곡형 트랜스듀서를 들 수 있다. 전기왜곡형 트랜스듀서의 예는 압전 트랜스듀서와, 한 쌍의 금속 소자가 볼트에 의해 연결된 구성을 갖는 랑제빈 (Langevin) 타입 트랜스듀서를 포함한다. 자기왜곡형 트랜스듀서의 예는 금속 자기왜곡형 트랜스듀서와 페라이트 트랜스듀서를 포함한다. 전기왜곡형 트랜스듀서는 그 구성이 간단하기 때문에 가장 바람직하다.
도 3 은 도 2 에 나타낸 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 의 구성을 나타낸 사시도이다. 진동파 발생-검출수단 (22a) 은 진동방향-제어소자 (25a) 와, 각각이 소자 (25a) 의 양표면측 각각에 부착되어 있는 초음파 트랜스듀서 (27a) 를 포함한다. 각각의 초음파 트랜스듀서 (27a) 는 에폭시 수지 접착제에 의해 소자 (25a) 의 표면측에 고정되어 있다. 진동파 발생-검출수단 (22b) 은 진동파 발생-검출수단 (22a) 의 구성과 동일한 구성을 갖는다.
접촉면 상에서 진동파가 반사하는 것을 방지하도록 초음파 발생-검출수단과 유로 사이의 접촉면 상에 그리스나 바셀린과 같은 접촉매질의 얇은층을 위치시키는것이 바람직하다.
초음파 트랜스듀서 (27a) 는 압전 세라믹판과, 각각이 압전 세라믹판의 각 평면에 부착된 전극 (도시생략) 을 포함할 수 있다. 이 압전 세라믹판은 10mm 인 폭, 25mm인 높이, 및 0.5mm 인 두께를 가질 수 있다. 예를 들면, 압전 세라믹판은 지르콘산티탄산납 계 세라믹 재료로 형성되며 두께 방향으로 분극된다.
진동방향-제어수단 (25) 은, 고탄성을 갖는 복수의 섬유 (29) 가 초음파 트랜스듀서 (27a) 와 평행하게 수지 바인더 (28) 내에 정렬되어 있는 섬유강화 수지 재료로 바람직하게 형성된다. 섬유강화 수지소자는 10mm인 폭, 27mm인 높이, 및 3mm 인 두께를 가질 수 있다. 수지 바인더 (28) 로는, 에폭시수지가 바람직하게 이용된다. 고탄성의 섬유로는, 카본 섬유가 바람직하게 이용된다.
수지 바인더의 예는 에폭시 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, PEEK (폴리에테르-에테르-케톤) 수지, 페놀수지, 불포화 폴리에스테르 수지 및 폴리카보네이트 수지를 포함한다.
고탄성 섬유들의 예는 카본 섬유, 카본 실리케이트 섬유, 나일론 섬유, 알라미드 섬유 및 폴리아미드 섬유를 포함한다.
진동파는 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 의 각각의 초음파 트랜스듀서에 전압을 인가하여 발생되며, 이 발생된 진동파는 진동방향-제어소자 (25a) 의 내부면에 진입한다. 수지 바인더 (28) 에 규칙적으로 정렬되는 복수의 카본섬유 (29) 는 카본 섬유를 따른 진동의 발생을 방지한다. 따라서, 진동파는 소자 (25a) 의 저면 (30a) 으로 전달된다. 진동파는 소자 (25a) 에서 종파로 주로이루어진 진동파의 형태로 전달되기 때문에, 그 진동방향은 소자 (25a) 의 저면 (30a) 과 직교방향이다. 따라서, 진동파 발생-검출수단 (22a) 은 초음파 트랜스듀서 (27a) 에 의해 발생되는 진동파를 벽체와 실질적으로 직교하는 방향으로 진동하는 진동파의 형태로 벽체에 가한다. 진동파방향-제어수단은 일본특허공개공보 평7-284198호에 개시되어 있다.
진동파가 도 2 에 나타낸 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 에서 발생된 다음 관 (21) 의 벽체 (24) 에 가해지는 경우, 이 진동파는 벽체 (24) 에 전달된 다음, 관 (21) 의 내부에서 이동하는 유체의 영향하에서 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 에 도착한다. 진동파가 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 에 도착하는 경우, 이 파는 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 의 진동방향-제어수단 (25b) 의 내부로 전달된 다음, 초음파 트랜스듀서에 의해 검출된다. 이 진동파는 하나의 초음파 트랜스듀서로부터 취출되는 전압출력이나 양쪽 초음파 트랜스듀서로부터 취출되는 전압출력들을 이용하여 검출될 수 있다.
이와 유사하게, 진동파는 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 에 의해 관 (21) 의 벽체 (24) 에 가해지며, 이 진동파는 벽체 (24) 에 전달되어 관 (21) 의 내부에서 이동하는 유체의 영향하에서 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 에 도착된 다음, 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 의 초음파 트랜스듀서 (27a) 에 의해 검출된다.
벽체에 전달되는 초음파를 다음 예들로 설명할 수 있다.
도 2 에 나타낸 바와 같이, 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 과 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 은 관 (21) 의 벽체 (24) 의 외부면 상에 위치된다.후속하여, 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 의 초음파 트랜스듀서로 전압이 인가되어 진동파 (진동) 를 관 (21) 의 벽체 (24) 에 부여하였다. 진동파가 벽체 (24) 에 전달되어 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 에 도착되었다. 이후, 이 전달된 진동파가 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 의 초음파 트랜스듀서에 의해 관측되었다.
도 4 는 제 1 진동파 발생-검출수단에 인가된 전압의 파형 (S1) 과, 관 (아크릴 수지 관, 외경: 6mm, 내경: 4mm, 그 내부는 정지상태인 물로 채워져 있음) 의 벽체에 전달되어 제 2 진동파 발생-검출수단에 의해 검출되었던 진동파에 대응하는 전압의 파형 (S2) 을 나타낸다. 도 4 에 나타낸 전압파형 (S2) 이 검출될 때 까지의 기간은 그 검출된 전압 파형을 AD 변환기 (아날로그 디지털 변환기) 에 의해 디지털 신호들로 변환한 다음 DSP (디지털 신호 프로세서) 에서 디지털 신호들을 처리함으로써 바람직하게 결정될 수 있다.
도 4 의 전압파형 (S1) 에 대해서는, 제 4 주기의 사인파 전압 (주파수: 52kHz, 진폭 (피크 대 피크 값): 30V) 이 제 1 진동파 발생-검출수단에 인가되었다. 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 과 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 간의 공간 (L) 은 100mm로 설정되었다.
제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 으로부터 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 으로의 진동파의 전달에 필요한 기간 (T0) 은 122㎲였다. 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 과 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 간의 공간 (L) 이 100mm이기 때문에, 벽체에 전달되는 진동파의 속도는 대략 820㎧이다.
물에 전달되는 진동파의 속도는 대략 1450㎧인 것으로 알려져 있다. 따라서, 제 2 진동파 발생-검출수단들에 의해 검출되는 진동파는 벽체에 전달되는 진동파임을 확인하였다. 일반적으로, 아크릴 수지에서, 종파로 이루어진 진동파는 대략 2730㎧의 전파속도로 전달된다. 따라서, 벽체에 전달되는 진동파는 낮은 전파속도에서 전달되는 횡파로 주로 이루어짐을 알 수 있다.
후속하여, 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 으로부터 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 으로의 진동파의 전달기간 (T1) 은, 유체가 아크릴 수지 관의 내부에서 이동되는 상태에서 측정되었다. 도 2 에 나타낸 화살표 (23) 는 유체의 이동에 따른 방향을 의미한다. 그 측정결과는, 이동하는 유체의 영향하에서 벽체에 진동파가 전달되는데 필요한 기간 (T1) 이, 유체가 정지한 상태에서 측정된 도 4 의 기간 (T0) 보다 더 작음을 나타낸다. 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 에 의해 검출된 전압파형과, 도 4 에 나타낸 전압파형 (S2) 간의 차이가 (대략 수십 나노 초) 매우 작다. 따라서, 전자의 파형은 도면에서는 나타내지 않는다.
또한, 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 으로부터 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 으로의 진동파의 전달기간 (T2) 을 측정하였다. 그 측정결과는, 이동하는 유체의 영향하에서 벽체에 진동파가 전달되는데 필요한 기간 (T2) 이, 유체가 정지해 있는 상태에서 측정된 도 4 의 기간 (T0) 보다 더 큼을 나타낸다.
전달기간 (T1) 과 전달기간 (T2) 간의 차이, 즉, T2-T1가 계산되고 교정 데이터와 비교되어 유체의 유량이 결정된다.
이 교정 데이터는 소정의 유량으로 아크릴 수지관에서 유체를 이동시키고 전달기간들을 측정한 다음 그 기간들의 차이를 계산하고 그 차이를 소정의 유량과 비교함으로써 작성되었다. 유체의 유량은 전자기 유량계에 의해 결정되었다.
도 5 는 내부에 물이 이동되는 아크릴 수지관 상에서, 전자기 유량계에 의해 결정되는 유량과, 본 발명에 의해 결정되는 유량 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의해 결정되는 유량은 전자기 유량계에 의해 결정되는 유량과 거의 동일하다.
도 6 은 제 1 진동파 발생-검출수단에 인가된 전압의 파형 (S1) 과, 관 (스테인레스 스틸 관, 외경: 2mm, 내경: 1mm, 정지상태의 물로 채워졌음) 의 벽체에 전달되어 제 2 진동파 발생-검출수단에 의해 검출되는 진동파에 대응하는 전압의 파형 (S2) 을 나타낸다.
도 6 의 전압파형 (S1) 에 대해서는, 제 4 주기의 사인파 전압 (주파수: 56kHz, 진폭 (피크 대 피크 값): 30V) 이 제 1 진동파 발생-검출수단에 인가되었다. 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 과 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 간의 공간 (L) 은 300mm로 설정되었다.
제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 으로부터 제 2 진동파 발생-검출수단(22b) 으로의 진동파의 전달에 필요한 기간 (T0) 은 154㎲였다. 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 과 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 간의 공간 (L) 이 300mm이기 때문에, 벽체에 전달되는 진동파의 속도는 대략 1948㎧이다.
물에 전달되는 진동파의 속도는 대략 1450㎧인 것으로 알려져 있다. 따라서, 제 2 진동파 발생-검출수단들에 의해 검출되는 진동파는 벽체에 전달되는 진동파임을 확인하였다. 일반적으로, 스테인레스 스틸에서, 종파로 이루어진 진동파는 대략 5790㎧의 전파속도로 전달된다. 따라서, 벽체에 전달되는 진동파는 낮은 전파속도에서 전달되는 횡파로 주로 이루어짐을 알 수 있다.
도 7 은 내부에 물이 이동되는 스테인레스 스틸 관 상에서 전자기 유량계에 의해 결정된 유량과, 본 발명에 의해 결정된 유량 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의해 결정되는 물의 유량은 전자기 유량계에 의해 결정되는 물의 유량과 실질적으로 동일하다.
도 8 은 제 1 진동파 발생-검출수단에 인가된 전압의 파형 (S1) 과, 관 (플루오르화수지 관, 외경: 4mm, 내경: 2mm, 정지상태의 물로 채워졌음) 의 벽체에 전달되어 제 2 진동파 발생-검출수단에 의해 검출되는 진동파에 대응하는 전압의 파형 (S2) 을 나타낸다.
도 8 의 전압파형 (S1) 에 대해서는, 제 4 주기의 사인파 전압 (주파수: 268kHz, 진폭 (피크 대 피크 값): 30V) 이 제 1 진동파 발생-검출수단에 인가되었다. 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 과 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 간의 공간 (L) 은 50mm로 설정되었다.
제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 으로부터 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 으로의 진동파의 전달에 필요한 기간 (T0) 은 66.4㎲였다. 제 1 진동파 발생-검출수단 (22a) 과 제 2 진동파 발생-검출수단 (22b) 간의 공간 (L) 이 50mm이기 때문에, 벽체에 전달되는 진동파의 속도는 대략 753㎧이다.
물에 전달되는 진동파의 속도는 대략 1450㎧인 것으로 알려져 있다. 따라서, 제 2 진동파 발생-검출수단들에 의해 검출되는 진동파는 벽체에 전달되는 진동파임을 확인하였다. 일반적으로, 플루오르화수지에서, 종파로 이루어진 진동파는 대략 1250㎧의 전파속도로 전달된다. 따라서, 벽체에 전달되는 진동파는 낮은 전파속도에서 전달되는 횡파로 주로 이루어짐을 알 수 있다.
도 9 는 (내부에 물이 이동되는) 플루오르화수지 관 상에서 전자기 유량계에 의해 결정된 유량과, 본 발명에 의해 결정된 유량 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 9 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의해 결정되는 물의 유량은 전자기 유량계에 의해 결정되는 물의 유량과 실질적으로 동일하다.
따라서, 본 발명자는 종래의 초음파 유량계에 의한 유량의 측정시 관측되는 잡음으로서 취급했던 관의 벽체에 전달되는 진동파를 이용하여 관의 내부에서 이동하는 유체의 유량을 결정하는데 성공하였다.
본 발명에 의한 유량의 측정은 관의 벽체에 전달되는 진동파를 이용하여 수행하기 때문에, 한 쌍의 진동파 발생-검출수단들 간의 공간은 관의 내경과 무관하게 큰 값으로 설정될 수 있다. 따라서, 관이 작은 내경을 갖는 경우에도, 관에서 이동하는 유체의 유량은 정확하게 결정될 수 있다. 또한, 기존에 설치된 관을 해체할 필요가 없다.
종래의 방법에 의한 측정시에는, 유체의 유량은 유체에 전달되는 초음파를 이용하여 측정된다. 관의 내부가 측정할 유체로 완전히 채워지지 않거나 측정할 유체에 기포나 부유물이 존재하는 경우, 초음파가 유체에서 공기 또는 기포에 의해 반사되거나 확산되고 따라서, 측정이 수행될 수 없다. 이와 반대로, 본 발명에 의한 유량의 측정은 벽체에 전달되는 진동파를 이용하기 때문에, 관의 내부가 유체로 완전히 채워지지 않거나 유체에 기포나 부유물질과 같은 불균일상이 존재하는 경우에도 정확하게 유량이 측정될 수 있다.
관의 내부가 유체로 완전히 채워지지 않은 경우, 제 1 진동파 발생-검출수단과 제 2 진동파 발생-검출수단이 유체와 접촉하는 영역에 대응하는 영역의 벽체의 외부면 상에 위치된다. 따라서, 이 경우, 제 1 진동파 발생-검출수단과 제 2 진동파 발생-검출수단은 관의 아래쪽에 바람직하게 부착된다.
본 발명에 따른 유량 측정의 방법은 0.1mm 내지 10 mm의 범위인 내경을 갖는 관에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는데 바람직하게 채택될 수 있다. 이 벽은 진동파가 벽체에서 효과적으로 전달될 수 있도록 수지 재료, 금속 재료, 또는 세라믹 재료로 바람직하게 형성된다.
도 10 은 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 3 방법) 을 수행하는 구조체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다. 도 11 은 도 10 의 구조체에서의 진동파 발생-검출수단의 구성을 나타내는 사시도이다.
본 발명에 따른 유량의 측정 방법에서는, 진동파 발생-검출수단 (102a) 은 진동방향-제어 디스크 소자 (105a) 와 초음파 트랜스듀서 디스크 (107a) 를 적층시킨 구성을 포함한 구성을 가질 수 있다. 도 11 의 진동파 발생-검출수단 (102a) 은 그 구성이 도 3 의 구성에 비해 간단하기 때문에, 용이하게 제조될 수 있으며, 초음파 트랜스듀서도 하나만 필요로 한다. 진동파 발생-검출수단 (102b) 의 구성은 진동파 발생-검출수단 (102a) 의 구성과 실질적으로 동일하다.
도 11 의 초음파 트랜스듀서 (107a) 에 대해서는, 압전 소자가 이용될 수 있다. 압전 소자는 지르콘산티탄산납 계의 압전 세라믹 디스크와 전극 (도시 생략) 을 포함한다. 압전 세라믹 디스크는 10 mm 인 직경과 1.0mm인 두께를 가질 수 있다. 압전 세라믹 판은 두께방향으로 분극되어 있다.
진동방향-제어디스크 소자 (105a) 는 내부에 복수의 카본 섬유 (109) 가 초음파 트랜스듀서 (107a) 의 평면과 평행하게 에폭시수지 바인더 (108) 에 정렬되어 있는 섬유강화수지 재료로 바람직하게 형성된다. 섬유강화수지 디스크 소자는 10 mm 인 직경과 2.5mm인 두께를 가질 수 있다. 도 11 에 나타낸 바와 같이, 카본 섬유들이 초음파 트랜스듀서 (107a) 의 평면과 평행하게 배열된 상태에서 카본 섬유 (109) 가 서로 교차하고 있다.
도 12 는 제 1 진동파 발생-검출수단에 인가된 전압의 파형 (S1) 과, 도 10 의 관 (아크릴 수지관, 외경: 6mm, 내경: 4mm, 정지상태의 물로 채워졌음) 의 벽체에 전달되어 제 2 진동파 발생-검출수단에 의해 검출되는 진동파에 대응하는 전압의 파형 (S2) 을 나타낸다.
도 12 의 전압파형 (S1) 에 대해서는, 제 4 주기의 사인파 전압 (주파수: 248kHz, 진폭 (피크 대 피크 값): 30V) 이 제 1 진동파 발생-검출수단에 인가되었다. 제 1 진동파 발생-검출수단 (102a) 과 제 2 진동파 발생-검출수단 (102b) 간의 공간 (L) 은 100mm로 설정되었다.
제 1 진동파 발생-검출수단 (102a) 으로부터 제 2 진동파 발생-검출수단 (102b) 으로의 진동파의 전달에 필요한 기간 (T0) 은 73.6㎲였다. 제 1 진동파 발생-검출수단 (102a) 과 제 2 진동파 발생-검출수단 (102b) 간의 공간 (L) 이 100mm이기 때문에, 벽체에 전달되는 진동파의 속도는 대략 1359㎧이다.
물에 전달되는 진동파의 속도는 대략 1450㎧인 것으로 알려져 있다. 따라서, 제 2 진동파 발생-검출수단들에 의해 검출되는 진동파는 벽체에 전달되는 진동파임을 확인하였다. 일반적으로, 아크릴수지에서, 종파로 이루어진 진동파는 대략 2730㎧의 전파속도로 전달된다. 따라서, 벽체에 전달되는 진동파는 낮은 전파속도에서 전달되는 횡파로 주로 이루어짐을 알 수 있다.
진동파 발생-검출수단의 이용에 의해 본 발명에 따라 결정되는 물의 유량은 전자기 유량계에 의해 결정되는 물의 대응 유량과 실질적으로 동일함을 확인하였다.
도 13 은 본 발명에 따라 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 3 방법) 을 수행하는 구조체의 또 다른 예를 나타내는 평면도이다. 도 14 는 도 13 의 선 I-I 을 따른 단면도이다. 도 13 과 도 14 에 나타낸 구조체는, 상이한 재료와 상이한 크기를 적용한 점을 제외하고는, 도 10 에 나타낸 구조체와 동일하다. 관 (131) 은 12mm인 외경과 10mm인 내경을 갖는 플루오르화수지 관이다. 각각의 진동파 발생-검출수단은, 음향진동 방향-제어소자의 고탄성 섬유들의 종방향이 도 13 에 나타낸 화살표 (132a, 132b) 로 나타낸 방향과 평행하도록 하는 방식으로 관의 벽체의 외부면 상에 배열되어 있다.
관에서 이동하는 유체의 유량도 동일한 방법 (제 3 방법) 으로 측정되었다. 측정시에는, 제 4 주기의 사인파 전압 (주파수: 244kHz, 진폭 (피크 대 피크 값): 30V) 이 제 1 진동파 발생-검출수단에 인가되었다. 제 1 진동파 발생-검출수단 (132a) 과 제 2 진동파 발생-검출수단 (132b) 간의 공간 (L) 은 35mm로 설정되었다.
도 15 는 도 13 에서와 동일한 (내부에 물이 이동되는) 플루오르화수지 관 상에서 전자기 유량계에 의해 결정된 유량과, 본 발명에 의해 결정된 유량 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 15 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의해 결정되는 물의 유량은 전자기 유량계에 의해 결정되는 물의 유량과 실질적으로 동일하다.
링형 초음파 트랜스듀서를 이용한 초음파 유량계에 대한 (Hiroaki ISHKAWA에 의해 쓰여진) 개시물에서는, 링형 초음파 트랜스듀서에 의해 발생되는 초음파의 파장이 관의 내경보다 큰 경우, 초음파가 관의 종방향을 따라 유체에 전달된다.
도 15 의 유량의 측정에서는, 제 1 진동파 발생-검출수단 (132a) 에서 발생되는 진동파의 파장은, 물에서의 초음파 전파속도가 1450㎧인 상태에서 5.94mm로 주어지도록 계산된다. 따라서, 제 1 진동파 발생-검출수단 (132a) 에서 발생된 진동파의 파장은 관의 내경보다 작다. 이는 제 2 진동파 발생-검출수단 (132b) 에서 검출되는 진동파가 벽체에 전달되었음을 의미한다.
도 16 은 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 3 방법) 을 수행하는 구조체의 또 다른 예를 나타내는 평면도이다. 도 17 은 도 16 의 선 II-II을 따른 단면도이다. 도 16 과 도 17 에 나타낸 구조체는 관 (161) 의 벽체 (164) 상에서의 제 1 진동파 발생-검출수단 (162a) 과 제 2 진동파 발생-검출수단 (162b) 을 갖는다. 제 1 진동파 발생-검출수단 (162a) 은 초음파 트랜스듀서 판 (167a) 과 진동방향-제어소자 판을 포함한다. 초음파 트랜스듀서 (167a) 는 압전 트랜스듀서이다. 트랜스듀서의 초음파 세라믹 소자는 1.0mm 인 두께를 가진 정방형판 (5.7mm x 5.7mm) 의 형태이다. 진동방향-제어소자 (165a) 는 2.0mm 인 두께를 가진 정방형판 (5.7mm x 5.7mm) 의 형태이다. 제 2 진동파 발생-검출수단 (162b) 은 제 1 진동파 발생-검출수단 (162a) 의 구성과 동일한 구성을 가진다.
도 18 은 도 16 의 관 (161) 의 축을 따라서 본 제 1 진동파 발생-검출수단 (162a) 의 측면도이다. 도 18 에 나타낸 바와 같이, 진동파 발생-검출수단들 (162) 은, 제 1 진동파 발생-검출수단 (162a) 이 관 (161) 의 벽체의 외부면에 잘 고정되도록 상부에 연속 오목부 (187) 가 형성된 저면을 갖는다.
도 19 는 펄스의 형태로 전압을 인가함으로써 제 1 진동파 발생-검출수단에서 발생되고 도 16 의 관 (플루오르화수지관, 외경: 3.17mm, 내경: 1.59mm, 정지상태의 물로 채워졌음) 의 벽체에 전달되어 제 2 진동파 발생-검출수단에 의해 검출되는 진동파에 대응하는 전압의 파형 (S2) 을 나타낸다.
제 1 진동파 발생-검출수단의 초음파 트랜스듀서에 인가된 펄스 전압의 진폭은 30V였고 그 폭은 760ns였다. 도 19 에서의 전압파형 (S2) 으로 나타낸 바와 같이, 큰 진폭 (피크 대 피크 값: 6V) 을 갖는 전압파형의 진동파가 검출되었다.
도 20 은 전자기 유량계에 의해 결정되는, 플루오르화수지관에서 이동하는 물의 유량과 본 발명에 의해 결정되는 유량 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 20 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의해 결정되는 유량은 작은 내경을 갖는 관의 경우에도 전자기 유량계에 의해 결정되는 유량과 거의 동일하다.
도 21 은 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 1 방법) 을 수행하는 구조체의 일 예를 나타내는 단면도이다. 도 21 에 나타낸 바와 같이, 관 (161) 의 내부에서 이동하는 유체의 유량은 진동파 발생수단 (212a) 과 진동파 검출수단 (212b) 을 이용하여 측정된다. 더욱 자세하게는, 관 (161) 의 내부에서 이동하는 유체의 유량은 다음 단계 (1) 내지 (6) 을 수행하여 결정될 수 있다.
(1) 벽체 (164) 에 의해 한정되는 관 (161), 및 유체가 흐르는 루트를 따라 벽체의 외부면 상에 배치되는 진동파 발생수단 (212a) 과 진동파 검출수단 (212b) 을 포함하는 구조체를 제조하는 단계.
(2) 관 (161) 의 내부에서 (관에서 유체가 흐르는 루트를 따라) 유체를 이동시키는 단계.
(3) 진동파 발생수단 (212a) 에서 진동파를 발생시키고 그 진동파를 관 (161) 의 벽체 (164) 상에 가하는 단계.
(4) 그 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에서의 진동파 검출수단 (212b) 으로 전달하는데 필요한 기간 (T1) 을 측정하는 단계.
도 21 의 화살표 (23) 로 나타낸 방향으로 유체가 이동하는 경우에 측정되는 전달기간 (T1) 은 정지상태의 물에서의 진동파의 전달기간보다 짧은 반면, 도 21 의 화살표 (23) 로 나타낸 방향과 반대 방향으로 유체가 이동하는 경우에 측정되는 전달기간 (T1) 은 정지상태의 물에서의 진동파의 전달기간보다 길다. 따라서, 전달기간 (T1) 과 교정 데이터 간의 비교에 의해 관에서 이동하는 유체의 유량을 측정할 수 있다.
단계 (4) 에서, 기간 (T1) 으로부터 정지상태의 물인 유체에서의 기존에 측정된 전달기간 (T0) 을 감산하는 것이 바람직하게 수행된다. 또한, 이러한 과정은 제 1 방법 이외의 방법들에 바람직하게 이용될 수 있다. 이후, 단계 (5) 에서, 기간 (T1) 으로부터 정지상태의 물인 유체에서의 기존에 측정된 전달기간 (T0) 을 감산함으로써 계산이 수행된다. 전달기간은 유체의 유량을 측정하는 과정에서 온도계 (210) 를 이용하여 측정되는 벽체온도를 고려하여 조정되는 것이 바람직하다.
(5) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체 또는 이 구조체의 균등물의 유로에서 상기 단계 (2) 에서 이용되는 유체 또는 이 유체의 균등물을 기지의 레이트로 이동시키고 상기 단계 (3) 과 (4) 에서와 같이 측정을 수행하는 단계들에 의해 구한 진동파의 전달기간과 유체의 이동속도간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계.
(6) 상기 단계 (4) 에서 측정되는 전달기간 (T1) 과 상기 단계 (5) 에서 작성된 교정 데이터를 비교하여, 단계 (2) 에서 이동시킨 유체의 유량을 결정하는 단계.
각각의 진동파 발생수단 (212a) 과 진동파 검출수단 (212b) 은 도 16 의 구조체의 진동파 발생-검출수단들의 구성과 동일한 구성을 가질 수 있다. 그러나, 진동파 발생수단 (212a) 은 진동파를 검출하지 않기 때문에, 진동파의 발생에 필요한 전기회로만을 포함한다. 따라서, 진동파 발생수단 (212a) 에, 진동파를 검출하는 전기회로를 부착할 필요가 없다. 진동파를 발생시키는데 필요한 전기회로와 진동파를 검출하는데 필요한 전기회로는 기존에 알려져 있기 때문에 이에 대한 세부설명은 불필요하다.
진동파의 발생과 검출이 하나의 진동파 발생-검출수단들에 의해 수행되는 경우에, 검출된 진동파의 파형이 발생한 진동파의 파형과 중첩될 수 있다. 이 경우, 검출된 진동파형의 S/N 비 (신호 대 잡음 비) 가 저하될 수 있다. 따라서,진동파의 발생과 검출이 독립적으로 수행되는 제 1 방법은 검출된 전압 신호의 S/N 비가 높아지는 이점을 가진다.
도 22 는 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 2 방법) 을 수행하는 구조체의 일 예를 나타내는 단면도이다. 도 22 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법은 진동파 발생수단 (222a), 제 1 진동파 검출수단 (222b) 및 제 2 진동파 검출수단 (222c) 에 의해 관 (161) 의 내부에서 이동하는 유체의 유량을 측정한다. 관 (161) 에서 이동하는 유체의 유량은 다음 단계 (1) 내지 (6) 을 수행하여 결정될 수 있다.
(1) 벽체 (164) 에 의해 한정되는 관 (161), 및 유체가 흐르는 루트를 따라 벽체의 외부면 상에 배치되는 진동파 발생수단 (222a), 제 1 진동파 검출수단 (222b) 및 제 2 진동파 검출수단 (222c) 을 포함하는 구조체를 제조하는 단계.
(2) 관 (161) 의 내부에서 (관에서 유체가 흐르는 루트를 따라) 유체를 이동시키는 단계.
(3) 진동파 발생수단 (222a) 에서 진동파를 발생시키고 그 진동파를 벽체 (164) 상에 가하는 단계.
(4) 이 발생된 진동파가 제 1 진동파 검출수단 (222b) 에 의해 수신되는 시간으로부터 이 진동파가 제 2 진동파 검출수단 (222c) 에 의해 수신되는 시간까지의 기간 (T1) 을 측정하는 단계로서, 이 진동파는 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체 (164) 에 전달된다. 전달기간 (T1) 은 진동파 발생수단 (222a)에서 발생된 진동파를 제 2 진동파 검출수단 (222c) 으로 전달하는데 필요한 기간에서, 진동파 발생수단 (222a) 에서 발생된 진동파를 제 1 진동파 검출수단 (222b) 으로 전달하는데 필요한 기간을 감산함으로써 결정될 수 있다.
(5) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체 또는 이 구조체의 균등물의 유로에서 상기 단계 (2) 에서 이용되는 유체 또는 이 유체의 균등물을 기지의 레이트로 이동시키고 상기 단계 (3) 과 (4) 에서와 같이 측정을 수행하는 단계들에 의해 구한 진동파의 전달기간과 유체의 이동레이트 간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계.
(6) 상기 단계 (4) 에서 측정되는 전달기간 (T1) 과 상기 단계 (5) 에서 작성된 교정 데이터를 비교하여, 단계 (2) 에서 이동시킨 유체의 유량을 결정하는 단계.
제 1 방법과 동일하게, 제 2 방법은 검출전압의 S/N 비를 높게 한다는 이점이 있다.
도 23 은 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 4 방법) 을 수행하는 구조체의 일 예를 나타내는 단면도이다. 도 23 에 나타낸 바와 같이, 제 4 방법은 관 (161) 의 내부에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는 진동파 발생수단 (232b), 제 1 진동파 검출수단 (232a) 및 제 2 진동파 검출수단 (232c) 을 이용한다. 유체의 유량은 다음 단계 (1) 내지 (7) 을 수행하여 결정될 수 있다.
(1) 벽체 (164) 에 의해 한정되는 관 (161), 이 관을 따라 벽체의 외부면 상에 배치되는 제 1 진동파 검출수단 (232a) 과 제 2 진동파 검출수단 (232c), 및 이 2개의 진동파 검출수단들 간에 제공되는 진동파 발생수단 (232b) 을 포함하는 구조체를 제조하는 단계.
(2) 관 (161) 의 내부에서 (관에서 유체가 흐르는 루트를 따라) 유체를 이동시키는 단계.
(3) 진동파 발생수단 (232b) 에서 진동파를 발생시키고 그 진동파를 벽체 (164) 상에 가하는 단계.
(4) 그 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체 (164) 에서의 제 1 진동파 검출수단 (232a) 으로 전달하는데 필요한 기간 (T1) 을 측정하며, 그 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체 (164) 에서의 제 2 진동파 검출수단 (232c) 으로 전달하는데 필요한 기간 (T2) 을 측정하는 단계.
(5) 상기 단계 (4) 에서 측정된, 제 1 진동파 검출수단 (232a) 으로의 진동파의 전달에 필요한 기간 (T1) 과 제 2 진동파 검출수단 (232c) 으로의 진동파의 전달에 필요한 기간 (T2) 간의 차이 (T2-T1또는 T1-T2) 를 계산하는 단계.
(6) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체 또는 이 구조체의 균등물의 유로에서 상기 단계 (2) 에서 이용되는 유체 또는 이 유체의 균등물을 기지의 레이트로 이동시키고 상기 단계 (3) 과 (4) 에서와 같이 기간의 측정들을 수행하며 상기 단계 (5) 에서와 동일한 방법으로 기간들 간의 차이를 계산하는 단계들에 의해 구한 진동파의 전달기간들의 차이와 유체의 이동속도 간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계.
(7) 상기 단계 (5) 에서 구한 전달기간들의 차이와 상기 단계 (6) 에서 구한 교정 데이터를 비교하여 단계 (2) 에서 이동시킨 유체의 유량을 결정하는 단계.
도 24 는 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 5 방법) 을 수행하는 구조체의 일 예를 나타내는 단면도이다. 도 24 에 나타낸 바와 같이, 제 5 방법은 관 (161) 의 내부에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는 제 1 진동파 발생수단 (242a), 제 1 진동파 검출수단 (242b), 제 2 진동파 검출수단 (242c), 및 제 2 진동파 발생수단 (242d) 을 이용한다. 유체의 유량은 다음 단계 (1) 내지 (9) 를 수행하여 결정될 수 있다.
(1) 벽체에 의해 한정되는 관, 이 관을 따라 벽체의 외부면 상에 배치되는 제 1 진동파 발생수단 (242a) 과 제 2 진동파 발생수단 (242d), 및 이 진동파 발생수단들 간에 제공되는 제 1 진동파 검출수단 (242b) 과 제 2 진동파 검출수단 (242c) 을 포함하는 구조체를 제조하는 단계.
(2) 관에서 (유체가 흐르는 루트를 따라) 유체를 이동시키는 단계.
(3) 제 1 진동파 발생수단 (242a) 에서 진동파를 발생시키고 그 진동파를 벽체 (164) 상에 가하는 단계.
(4) 이 발생된 진동파가 제 1 진동파 검출수단 (224b) 에 의해 수신되는 시간으로부터 이 진동파가 제 2 진동파 검출수단 (242c) 에 의해 수신되는 시간까지의 기간 (T1) 을 측정하는 단계로서, 이 진동파는 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체 (164) 에 전달된다.
(5) 제 2 진동파 발생수단 (242d) 에서 진동파를 발생시키고 그 진동파를 벽체 (164) 상에 가하는 단계.
(6) 이 발생된 진동파가 제 2 진동파 검출수단 (224c) 에 의해 수신되는 시간으로부터 이 진동파가 제 1 진동파 검출수단 (242b) 에 의해 수신되는 시간까지의 기간 (T2) 을 측정하는 단계로서, 이 진동파는 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체 (164) 에 전달된다.
(7) 상기 단계 (4) 에서 측정된 기간 (T1) 과 상기 단계 (6) 에서 측정된 기간 (T2) 간의 차이 (T2-T1또는 T1-T2) 를 계산하는 단계.
(8) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체 또는 이 구조체의 균등물의 유로에서 상기 단계 (2) 에서 이용되는 유체 또는 이 유체의 균등물을 기지의 레이트로 이동시키고 상기 단계 (3) 및 (4) 와 상기 단계 (5) 및 (6) 에서와 같이 기간의 측정들을 수행하며 상기 단계 (7) 에서 설명한 방법으로 기간들 간의 차이를 계산하는 단계들에 의해 구한 진동파의 전달기간들의 차이와 유체의 유량 간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계.
(9) 상기 단계 (7) 에서 구한 전달기간들의 차이와 상기 단계 (8) 에서 작성된 교정 데이터를 비교하여 단계 (2) 에서 이동시킨 유체의 유량을 결정하는 단계.
도 25 는 본 발명에 따른 유체의 유량을 측정하는 방법 (제 3 방법) 을 수행하는 구조체의 또 다른 예를 나타내는 부분적으로 절단한 사시도이다. 유량의 측정은 제 3 방법에서와 동일한 방법으로 수행될 수 있다.
도 25 의 구조체의 일 예는 제 1 진동파 발생-검출수단 (252a) 과 제 2 진동파 발생-검출수단 (252b) 이 하천이나 시내 (채널) 의 저부 (벽체의 내부면; 250) 에 배치된 구조체이다. 각각의 진동파 발생-검출수단들은 수밀 용기 (251) 의 벽체 (254) 의 내부면에 고정되어 있다. 각각의 진동파 발생-검출수단들이 벽체 (254) 상에 고정되어 있고 수불투과성 수지로 피복되는 경우, 수밀용기가 불필요하다.
도 25 에 나타낸 바와 같이, 하천이나 시내에서의 유량이 측정될 수 있다. 이 경우, 교정 데이터는 진동파의 전달기간의 차이와 하천이나 시내에서 흐르는 물의 유량을 공지의 유량계 (예를 들면, 개방 채널 유량계) 에 의해 측정함으로써 구해질 수 있다.
제 1 진동파 발생-검출수단과 제 2 진동파 발생-검출수단이 물이 흐르는 루트를 따라 벽체의 내부면 상에 배치되는 경우에는, 진동파 발생-검출수단에 의해 진동파가 가해지는 벽체는 진동파 발생-검출수단이 고정되어 있는 벽체로서, 즉, 도 25 에서의 수밀용기의 벽체 (254) 이다.
산업상 이용가능성
관에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는 본 발명의 방법은 이동하는 유체의 영향하에서 진동하는 관의 벽체에 전달되는 진동파를 이용한다. 따라서, 유체의 유량의 측정에 이용되는 진동파의 전달거리는, 작은 내경을 갖는 관에서 이동하는 유체의 유량이 정확하게 결정될 수 있도록, 관의 내경과 무관하게 큰 값으로 설정될 수 있다. 또한, 기존에 형성된 관 시스템의 교체가 불필요하다는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 방법은 벽체에 전달되는 진동파를 이용하기 때문에, 관이 유체로 완전히 채워지지 않거나 유체 내에 기포나 부유물과 같은 불균일상이 존재하는 경우에도, 유체의 유량이 정확하게 결정될 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 벽체에 전달되는 진동파를 이용하기 때문에, 관이 곡선형 관과 같은 비선형 관인 경우에도, 유량이 결정될 수 있다. 본 발명의 방법은 흐르는 가스물질을 측정하는데도 적용할 수 있다.

Claims (20)

  1. 유로에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는 방법으로서,
    (1) 벽체에 의해 한정되는 관 또는 채널의 형태인 유로와, 이 유로를 따라 벽체의 내부면 또는 외부면에 배치된 진동파 발생수단 및 진동파 검출수단을 포함하는 구조체를 제조하는 단계;
    (2) 유로에서 유체를 이동시키는 단계;
    (3) 진동파 발생수단에서 진동파를 발생시키고 그 진동파를 벽체 상에 가하는 단계;
    (4) 이 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에서의 진동파 검출수단으로 전달하는데 필요한 기간을 측정하는 단계;
    (5) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체 또는 이 구조체의 균등물의 유로에서 상기 단계 (2) 에서 이용된 유체 또는 이 유체의 균등물을 기지의 레이트로 이동시키고 상기 단계 (3) 과 (4) 에서 측정을 수행하는 단계에 의해 구한 진동파의 전달기간과 유체의 유량 간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계; 및
    (6) 상기 단계 (4) 에서 측정된 전달기간과 상기 단계 (5) 에서 작성된 교정 데이터를 비교하여, 단계 (2) 에서 이동시킨 유체의 유량을 결정하는 단계를 포함하는, 유량의 측정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    진동파 발생수단은 트랜스듀서와 진동방향-제어소자를 구비하며,
    이 트랜스듀서에 의해 발생되는 진동파는 벽체 상에 수직으로 가해지는, 유량의 측정방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    유로의 벽체는 수지 재료, 금속 재료 또는 세라믹 재료를 포함하는, 유량의 측정방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    유로는 0.1mm 내지 10mm의 내경을 갖는 관의 형태인, 유량의 측정방법.
  5. 유로에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는 방법으로서,
    (1) 벽체에 의해 한정되는 관 또는 채널의 형태인 유로, 및 이 유로를 따라 벽체의 외부면 또는 내부면 상에 배치된 진동파 발생수단, 제 1 진동파 검출수단 및 제 2 진동파 검출수단을 포함하는 구조체를 제조하는 단계;
    (2) 유로에서 유체를 이동시키는 단계;
    (3) 진동파 발생수단에서 진동파를 발생시키고 이 진동파를 벽체 상에 가하는 단계;
    (4) 이 발생된 진동파가 제 1 진동파 검출수단에 의해 수신되는 시간으로부터 이 진동파가 제 2 진동파 검출수단에 의해 수신되는 시간까지의 기간을 측정하는 단계로서, 이 진동파는 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에 전달되는, 측정하는 단계;
    (5) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체의 또는 이 구조체의 균등물의 유로에서 상기 단계 (2) 에서 이용되는 유체 또는 이 유체의 균등물을 기지의 레이트로 이동시키고 상기 단계 (3) 과 (4) 에서 측정을 수행하는 단계에 의해 구한 진동파의 전달기간과 유체의 유량 간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계; 및
    (6) 상기 단계 (4) 에서 측정된 전달기간과 상기 단계 (5) 에서 작성된 교정 데이터를 비교하여, 단계 (2) 에서 이동시킨 유체의 유량을 결정하는 단계를 포함하는, 유량의 측정방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    진동파 발생수단은 트랜스듀서와 진동방향-제어소자를 구비하며,
    트랜스듀서에 의해 발생되는 진동파는 벽체 상에 수직으로 가해지는, 유량의 측정방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    유로의 벽체는 수지 재료, 금속 재료 또는 세라믹 재료를 포함하는, 유량의 측정방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    유로는 0.1mm 내지 10mm 인 내경을 갖는 관의 형태인, 유량의 측정방법.
  9. 유로에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는 방법으로서,
    (1) 벽체에 의해 한정되는 관 또는 채널의 형태인 유로와, 이 유로를 따라 벽체의 외부면 또는 내부면 상에 배치된 제 1 진동파 발생-검출수단과 제 2 진동파 발생-검출수단을 포함하는 구조체를 제조하는 단계;
    (2) 유로에서 유체를 이동시키는 단계;
    (3) 제 1 진동파 발생-검출수단에서 진동파를 발생시키고 이 진동파를 벽체 상에 가하는 단계;
    (4) 이 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에서의 제 2 진동파 발생-검출 수단에 전달하는데 필요한 기간을 측정하는 단계;
    (5) 제 2 진동파 발생-검출수단에서 진동파를 발생시키고 이 진동파를 벽체 상에 가하는 단계;
    (6) 이 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에서의 제 1 진동파 발생-검출 수단에 전달하는데 필요한 기간을 측정하는 단계;
    (7) 상기 단계 (4) 에서 측정된 기간과, 상기 단계 (6) 에서 측정된 기간 간의 차이를 계산하는 단계;
    (8) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체 또는 이 구조체의 균등물의 유로에서, 상기 단계 (2) 에서 이용된 유체 또는 이 유체의 균등물을 이동시키고, 상기단계 (3) 및 (4) 와 단계 (5) 및 (6) 에서와 같이 기간의 측정을 수행하고, 상기 단계 (7) 에서 설명된 방법으로 기간의 차이를 계산하여 구한 진동파의 전달기간의 차이와, 유체의 유량 간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계; 및
    (9) 상기 단계 (7) 에서 구한 전달기간의 차이와, 상기 단계 (8) 에서 작성된 교정 데이터를 비교하여, 단계 (2) 에서 이동시킨 유체의 유량을 결정하는 단계를 포함하는, 유량의 측정방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    각각의 진동파 발생-검출수단은 트랜스듀서와 진동방향-제어소자를 구비하며,
    이 트랜스듀서에 의해 발생되는 진동파는 벽체 상에 수직으로 가해지는, 유량의 측정방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    유로의 벽체는 수지 재료, 금속 재료 또는 세라믹 재료를 포함하는, 유량의 측정방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    유로는 0.1mm 내지 10mm 인 내경을 갖는 관의 형태인, 유량의 측정방법.
  13. 유로에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는 방법으로서,
    (1) 벽체에 의해 한정되는 관 또는 채널의 형태인 유로, 이 유로를 따라 벽체의 외부면 또는 내부면 상에 배치되는 제 1 진동파 검출수단과 제 2 진동파 검출수단, 및 2개의 진동파 검출수단 간에 제공되는 진동파 발생수단을 포함하는 구조체를 제조하는 단계;
    (2) 유로에서 유체를 이동시키는 단계;
    (3) 진동파 발생수단에서 진동파를 발생시키고 이 진동파를 벽체 상에 가하는 단계;
    (4) 이 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에서의 제 1 진동파 검출수단으로 전달하는데 필요한 기간을 측정하고, 이 발생된 진동파를 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에서의 제 2 진동파 검출수단으로 전달하는데 필요한 기간을 측정하는 단계;
    (5) 상기 단계 (4) 에서 측정된, 제 1 진동파 검출수단으로의 진동파 전달에 필요한 기간과, 제 2 진동파 검출수단으로의 진동파 전달에 필요한 기간 간의 차이를 계산하는 단계;
    (6) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체 또는 이 구조체의 균등물의 유로에서, 상기 단계 (2) 에서 이용된 유체 또는 이 유체의 균등물을 이동시키고 단계 (3) 및 (4) 에서의 기간측정을 수행하며 상기 단계 (5) 에서와 동일한 방법으로 기간의 차이를 계산하여 구한 진동파의 전달 기간의 차이와, 유체의 유량 간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계; 및
    (7) 상기 단계 (5) 에서 구한 전달기간의 차이와 상기 단계 (6) 에서 구한 교정 데이터를 비교하여 단계 (2) 에서 이동시킨 유체의 유량을 결정하는 단계를 포함하는, 유량의 측정방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    진동파 발생수단은 트랜스듀서와 진동방향-제어소자를 구비하며,
    이 트랜스듀서에 의해 발생되는 진동파는 벽체 상에 수직으로 가해지는, 유량의 측정방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    유로의 벽체는 수지 재료, 금속 재료 또는 세라믹 재료를 포함하는, 유량의 측정방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    유로는 0.1mm 내지 10mm 인 내경을 갖는 관의 형태인, 유량의 측정방법.
  17. 유로에서 이동하는 유체의 유량을 측정하는 방법으로서,
    (1) 벽체에 의해 한정되는 관 또는 채널의 형태인 유로, 이 유로를 따라 벽체의 외부면 또는 내부면 상에 배치되는 제 1 진동파 발생수단과 제 2 진동파 발생수단, 및 2개의 진동파 발생수단 간에 제공되는 제 1 진동파 검출수단과 제 2 진동파 검출수단을 포함하는 구조체를 제조하는 단계;
    (2) 유로에서 유체를 이동시키는 단계;
    (3) 제 1 진동파 발생수단에서 진동파를 발생시키고 이 진동파를 벽체 상에 가하는 단계;
    (4) 이 발생된 진동파가 제 1 진동파 검출수단에 의해 수신되는 시간으로부터 이 진동파가 제 2 진동파 검출수단에 의해 수신되는 시간까지의 기간을 측정하는 단계로서, 이 진동파는 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에 전달되는, 측정하는 단계;
    (5) 제 2 진동파 발생수단에서 진동파를 발생시키고 이 진동파를 벽체 상에 가하는 단계;
    (6) 이 발생된 진동파가 제 2 진동파 검출수단에 의해 수신되는 시간으로부터 이 진동파가 제 1 진동파 검출수단에 의해 수신되는 시간까지의 기간을 측정하는 단계로서, 이 진동파는 진동하면서 이동하는 유체와 함께 진동하는 벽체에 전달되는, 측정하는 단계;
    (7) 상기 단계 (4) 에서 측정한 기간과 상기 단계 (6) 에서 측정한 기간 간의 차이를 계산하는 단계;
    (8) 상기 단계 (1) 에서 제조된 구조체 또는 이 구조체의 균등물의 유로에서 상기 단계 (2) 에서 이용된 유체를 기지의 레이트로 이동시키고 단계 (3) 및 (4) 와 단계 (5) 및 (6) 에서의 기간측정을 수행하며 상기 단계 (7) 에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 기간의 차이를 계산하는 단계에 의해 구한 진동파의 전달기간의 차이와 유체의 유량 간의 관계를 나타내는 교정 데이터를 작성하는 단계; 및
    (9) 상기 단계 (7) 에서 구한 전달기간의 차이와, 상기 단계 (8) 에서 작성한 교정데이터를 비교하여, 단계 (2) 에서 이동시킨 유체의 유량을 결정하는 단계를 포함하는, 유량의 측정방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    진동파 발생수단은 트랜스듀서와 진동방향-제어소자를 구비하며,
    이 트랜스듀서에 의해 발생되는 진동파가 벽체 상에 수직으로 가해지는, 유량의 측정방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    유로의 벽체는 수지 재료, 금속 재료 또는 세라믹 재료를 포함하는, 유량의 측정방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    유로는 0.1mm 내지 10mm의 내경을 갖는 관의 형태인, 유량의 측정방법.
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