KR20060047387A - 초음파를 이용한 용량측정시스템 및 그 방법 - Google Patents

초음파를 이용한 용량측정시스템 및 그 방법 Download PDF

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KR20060047387A
KR20060047387A KR1020050033427A KR20050033427A KR20060047387A KR 20060047387 A KR20060047387 A KR 20060047387A KR 1020050033427 A KR1020050033427 A KR 1020050033427A KR 20050033427 A KR20050033427 A KR 20050033427A KR 20060047387 A KR20060047387 A KR 20060047387A
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Abstract

본 발명은 초음파를 통해 저장용기 상단으로부터 액면까지의 거리를 정확하게 측정한 후 온도, 압력, 거리를 연산하여 저장용기 내부에 담긴 액체의 용량과 내용물의 중량을 정확하게 측정하기 위한 초음파를 이용한 용량측정시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 중간에는 초음파 센서가 구비되고 하단부에는 관통공을 갖는 기준타겟이 형성된 상태로 저장용기의 상단부에 설치되어 초음파 센서로부터 발사된 초음파가 기준타겟으로부터 반사되어 되돌아온 시간과, 초음파 센서로부터 발사된 초음파가 액면으로부터 반사되어 되돌아온 시간을 측정하는 초음파 측정기와, 저장용기 내측에 설치되어 저장용기 내부의 온도와 압력을 측정하는 온도·압력센서로 이루어진 감지모듈; 감지모듈로부터 입력된 각 시간(초음파가 기준타겟으로부터 반사되어 되돌아온 시간과 초음파 센서로부터 발사된 초음파가 액면으로부터 반사되어 되돌아온 시간)이 입력되면 초음파 센서와 기준타겟과의 정해진 거리와 각 시간을 비례 연산하여 저장용기 상단으로부터 액면까지의 거리를 연산하며, 상기 연산되어 나온 거리정보와 저장용기 내부의 온도와 압력 정보를 토대로 저장용기의 형태에 따라 저장용기내의 내용물 용량과 중량을 연산하는 연산모듈; 연산모듈을 통해 연산된 용량과 중량을 디지털 화면을 통해 표시하는 표시모듈로 구성된다.

Description

초음파를 이용한 용량측정시스템 및 그 방법{Volume measuring system using supersonic waves and method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 용량측정시스템의 블록구성도.
도 2는 본 발명에 따른 초음파 측정기, 온도센서, 압력센서가 저장용기에 설치된 상태의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 측정기의 상세도로서,
도 3a는 사시도.
도 3b는 단면도.
도 3c는 기준타겟 실시예시도.
도 3d는 초음파 측정기의 작용설명도.
도 4는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 용량측정과정을 나타낸 순서도.
도 5는 2:1 타원형의 헤드를 갖고 횡형인 저장용기의 상세도로서,
(a)는 형상도.
(b)는 헤드를 나타낸 그래프.
(c)는 쉘의 형상도.
도 6은 1/2 반구형의 헤드를 갖고 횡형인 저장용기의 형상도.
도 7은 2:1 타원형의 헤드를 갖고 입형인 저장용기의 상세도로서,
(a)는 형상도.
(b)는 헤드의 중심이 원점인 상태의 그래프.
(c)는 헤드의 중심이 y방향으로 r/2만큼 이동한 상태의 그래프.
도 8은 1/2 반구형의 헤드를 갖고 입형인 저장용기의 형상도.
도 9는 원주 횡형인 저장용기의 형상도.
도 10은 원주 입형인 저장용기의 형상도.
도 11은 구형인 저장용기의 형상도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
1 : 저장용기 100 : 감지모듈 110 : 초음파 측정기
111 : 초음파 센서 112 : 관통공 113 : 기준타겟
113a : 막대형 부재 113b : 링형 부재 114 : 헤드
114a : 단자함 114b : 감지기 114c : 송수신기
115 : 연결부 115a : 플렌지 115b : 몰딩관
115c : 리드선 116 : 연장관 116a : 통기공
117 : 지지대 118 : 높이조정나사 119 : 방진고무
120 : 온도센서 130 : 압력센서 200 : 연산모듈
210 : 메모리부 220 : 중앙처리부 230 : 송수신부
300 : 표시모듈 400 : 컨트롤 모듈 500 : 리모컨
본 발명은 초음파를 이용한 용량측정시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파를 통해 저장용기 상단으로부터 액면까지의 거리를 정확하게 측정한 후 온도, 압력, 거리를 연산하여 저장용기 내부에 담긴 액체의 용량과 내용물의 중량을 정확하게 측정하기 위한 것이다.
일반적으로, 액면계는 정전 용량식, 전기봉식, 플로트식 등 여러 형식으로 이루어지는데, 이 중 내용물의 용량 또는 용적을 측정하는 것은 대부분 플로트 형식으로서, 저장용기 내에 장착된 플로트가 충전물이 충전되면 부력에 의하여 상승하면서 액면의 위치가 측정되므로 그 오차가 매우 커 제품의 신뢰성이 떨어지며, 이로 인해 밀폐된 저장용기내 용량 확인은 물론 잔류량의 완전소모시점을 알 수가 없어 사용도중에 작업이 중단되는 사태가 발생되고, 초기 충전시에 얼마나 충전해야 되는지 알 수 없는 단점도 있다.
또한, 저장용기 내부를 수시로 청소해야 하므로 이로 인해 질식사고가 끊임없이 발생되었으며, 1년에 1회이상 수리와 정비를 요하는 내구성 결여로 인하여 대형 폭발로 인한 인명, 재산피해, 기능에 비해 고가이어서 경제적 손실이 크며, 안전관리에 따른 위험성 등을 항상 내포하고 있다.
즉, 액화석유가스, 유류, 화학물질 등의 저장용기는 그 형상이 매우 다양하고, 또 온도변화와 혼합기체의 매질 차이에 따라 용량이 수시로 달라지게 되므로 저장용기내 용량을 정확하게 계측하지 못하여 측정, 관리, 제어가 어려운 것인바, 예를 들면 수직형 저장용기의 레벨(m)은 대상물의 용적과 정비례하지만 수평으로 된 원통형 저장용기에서의 레벨은 용적과 정비례하지 않는 관계로 용적단위 대신에 레벨(%)로 표시(전체용적과 레벨의 대비표를 이용한 수작업)밖에 하지 못하는 것이었다.
또한, 플로우트식 액면 레벨 및 이와 연계한 저, 과충전 방지장치는 저장용기 내부에 설치한 베벨기어의 마모 등 고장이 잦아 저장용기 내 재고를 비워야 하므로 질식사고 및 인건비 상승과 수리비가 과중되는 경제적 손실과 안전사고의 원인이 되었으며, 플로우트 저항치에 의한 측정 정확도의 부정확성으로 인하여 용적물 위치만을 측정, 눈금표시로 연속적인 정량을 수치로 표현할 수 없어 신뢰성이 떨어지고, 복잡한 기어 연결로 되어 있는 기계식 구조로 인해 쉽게 변형 및 파손되기 쉬운 내구성결여와 전원부분 및 접촉부 등에서의 전기스파크 발생으로 가스폭발 및 화재의 위험성 등을 항상 내포하고 있다.
한편, 초음파를 사용하는 기술은 40∼200㎑의 높은 주파수의 음파를 발사하여 물체에 부딪히게 한 후 되돌아온 반사파를 수신하는 원리를 이용한 것으로 실생활에 다양하게 사용되고 있다.
의료용으로는 반사파의 파형을 그림으로 나타내어 인체의 구조나 태아의 상태, 병의 원인 등을 파악하고 있으며, 생활용으로는 초음파의 음파를 이용하여 식기세척기 등에 사용하고 있으며, 최근에는 공업용으로서 초음파가 반사되어 되돌아온 시간을 거리로 환산하는 방식으로 하천의 수위계, 저장용기내의 액면계 등에 적용하기도 한다.
초음파는 음속으로 파장이 진행되고 반사면에 부딪힌 후 같은 속도로 되돌아 오기 때문에 초음파 발사 후 반사되어 되돌아 온 반사파의 수신되는 시간에 음속을 곱한 후 2로 나누면 거리로 환산되지만, 음속은 온도, 매질, 압력 등에 따라 차이가 나게 된다.
공기중의 음속은 0℃일 때 331.5m/s이나 다른 기체 및 가스가 섞여 있을 경우 그에 따라 음속은 변하게 되는데, 예를 들어 염소는 206m/s, 산소는 316m/s, 메탄은 430m/s 등 큰 차이가 있고, 또한 이들 기체가 100% 단일 기체일 경우 정확한 측정값을 얻을 수 있지만 기체가 혼합되어 있으면 현장에서 정확히 측정한 값을 기준값으로 하여야만 더욱 정확한 값을 얻을 수 있다.
종래의 기술은 이러한 문제점을 해소하기 위하여 일반적인 환경(상온, 무풍상태)에서 공장에서 출하시에 기본값을 선정하고, 출하한 후에 매질인 기체 및 가스가 혼합된 경우 사전에 혼합비율을 별도로 계산한 후 음속을 설정하며, 자체에 내장된 온도계를 이용하여 온도변화에 따라 자동으로 음속보정을 하고 있어서 하천의 수위계 등 비교적 온도나 매질 변화가 적은 곳에서의 사용은 유용하지만 가스 저장용기 등과 같이 압력이나 온도 변화에 따른 매질변화가 심한 곳은 측정오차가 커진다.
또한, 일부 종래의 기술에서는 초음파 측정기를 설치한 후 사전에 측정하고자 하는 피측정물과의 거리를 정확히 산정한 후에 초음파를 발사할 때 주파수를 고정시키고 반사파가 초음파를 검지했을 때의 주파수를 리셋시키면 반사파가 되돌아오기까지의 시간을 폭으로 하는 펄스가 만들어지게 되므로 물체에 따라서 기준펄스를 조정해주고 결과로 얻어낸 초음파의 왕복시간을 폭으로 하는 펄스에 대하여 기 준펄스를 계수하면 ㎝ 단위의 거리를 알아낼 수 있도록 되어 있으며, 이러한 기술은 고정된 반사면을 가진 물체를 지속적으로 검지하거나 매질의 변화가 적은 곳에서 유용하며 온도나 압력, 매질 변화가 심한 곳에서는 역시 측정오차가 커지는 단점이 있다.
따라서, 상기의 종래 기술은 하천의 수위레벨 측정과 같은 비교적 온도 및 압력변화가 적고 매질의 변동이 적은 곳에서만이 사용이 가능하며, 가스나 기름 저장용기 등과 같이 온도, 압력 및 매질변화가 심한 곳의 액면계나 용적계 등에 사용하는 것은 측정 오차 범위가 커 신뢰성이 떨어지므로 계측기로 사용하기에는 어려운 점이 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 기준타겟을 갖는 초음파 측정기를 통해 어떠한 온도조건, 압력조건, 매질의 변화에 대해서도 액면까지의 정확한 거리를 측정하고, 저장용기의 형상에 따라 거리정보, 온도정보, 압력정보를 대입하여 정확한 용량과 중량을 연산하며, 이 연산모듈을 통해 연산된 용량과 중량을 디지털 화면을 통해 표시할 수 있도록 구성하여 최소한의 오차로 저장용기내부에 있는 대상물의 용량 및 중량을 측정할 수 있는 초음파를 이용한 용량측정시스템 및 그 방법을 제공하고자 하는 것이다.
이하, 본 발명을 제시되는 실시예와 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 초음파를 이용한 용량측정시스템은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 크게 저장용기(1) 내부측을 향해 설치되어 저장용기(1) 내 액면까지의 거리, 저장용기(1) 내 온도 및 압력을 감지하는 감지모듈(100)과, 감지모듈(100)로부터 채득된 정보를 토대로 저장용기(1)내 내용물의 용량과 중량을 측정하는 연산모듈(200)과, 연산모듈(200)로부터 연산된 수치를 표시하는 표시모듈(300)과, 각 모듈(100)(200)(300)을 제어하는 컨트롤 모듈(400)로 구성된다.
감지모듈(100)은, 중간에는 초음파 센서(111)가 구비되고 하단부에는 관통공(112)을 갖는 기준타겟(113)이 형성된 상태로 저장용기(1)의 상단부에 설치되어 초음파 센서(111)로부터 발사된 초음파가 기준타겟(113)으로부터 반사되어 되돌아온 시간과, 초음파 센서(111)로부터 발사된 초음파가 액면으로부터 반사되어 되돌아온 시간을 측정하는 초음파 측정기(110)와, 저장용기(1) 내측에 설치되어 저장용기(1) 내부의 온도와 압력을 측정하는 온도센서(120)와 압력센서(130)로 구성된다.
이때, 초음파 측정기(110)는 도 3에 도시한 바와 같이 단자함(114a)을 갖는 헤드(114)와; 헤드(114)의 하부에 연결되고, 저장용기(1)에 고정되기 위해 원주방향으로 플렌지(115a)가 형성되며, 플렌지(115a)의 하부측으로 몰딩관(115b)이 일체로 형성되어 리드선(115c)이 몰딩관(115b) 내부에 몰딩되어 이루어진 연결부(115)와; 리드선(115c)이 연결된 상태로 몰딩관(115b) 내부에 상부가 몰딩·고정되어 리드선(115c)을 통해 인가된 전원에 의해 초음파를 발진시켜 송신하고, 대상물에 반사되어 되돌아온 초음파를 수신하는 초음파 센서(111)와; 상단부는 몰딩관(115b)의 외측에 고정되고, 이로부터 소정길이 하부로 연장되어 초음파 센서(111)와의 거리를 이격시켜주는 연장관(116)과; 초음파 센서(111)로부터 송신된 초음파가 일부는 관통공(112)을 통해 통과되고 일부는 반사되도록 연장관(16)의 하단부에 형성된 기준타겟(113)으로 구성된다.
또한, 연장관(116)의 상부측에는 연장관(116)의 내외측 압력을 동일하게 유지시켜주도록 통기공(116a)이 형성되며, 기준타겟(113)을 지지하면서 연장관(116)의 하단부에 끼워지는 링형의 지지대(117)가 회전에 따라 기준타겟(113)의 높이를 조정할 수 있는 나사(118)에 부착되어 이루어지고, 기준타겟(113)은 일자형의 막대형 부재(113a)가 중앙을 가로질러 그 양단부가 지지대(117)에 고정되어 이루어지거나, 적어도 하나의 링형 부재(113b)가 지지대(117)에 동심원상으로 연결되어 이루어진다.
헤드(114)에는 초음파 센서(111)로부터 발사된 초음파가 기준타겟(113)으로부터 반사되어 되돌아온 시간과 초음파 센서(111)로부터 발사된 초음파가 액면으로부터 반사되어 되돌아온 시간을 각각 감지하는 감지기(114b)와; 상기 측정된 시간 정보와 온도센서(120) 및 압력센서(130)로부터 측정된 저장용기 내부의 온도와 압력정보를 연산모듈(200)로 양방향 송수신하는 송수신기(114c)가 구비되며, 플렌지(115a)와 저장용기(1)의 사이에는 정확한 계측을 위해 진동을 흡수, 분산시키는 방진고무(119)가 끼워져 조립된다.
연산모듈(200)은, 감지모듈(100)로부터 입력된 각 시간(초음파가 기준타겟으로부터 반사되어 되돌아온 시간과 초음파 센서로부터 발사된 초음파가 액면으로부터 반사되어 되돌아온 시간)이 입력되면 초음파 센서(111)와 기준타겟(113)과의 정해진 거리와 각 시간을 비례 연산하여 저장용기(1) 상단으로부터 액면까지의 거리 를 연산하며, 상기 연산되어 나온 거리정보와 저장용기(1) 내부의 온도와 압력 정보를 토대로 저장용기(1)의 형태에 따라 저장용기(1)내의 내용물 용량과 중량을 연산하도록 구성된다.
이러한 연산모듈(200)은 초음파센서(111)와 기준타겟(113) 사이의 거리, 저장용기(1)의 형상에 따른 공식, 온도 및 압력에 따른 각종 유체의 비중과 같은 데이터가 입력되어 있는 메모리부(210)와; 초음파 측정기(110)를 통해 측정된 각 시간정보가 입력되면 기 입력되어 있는 초음파 센서(111)와 기준타겟(113) 사이의 거리를 비례 연산하여 저장용기(1) 상단으로부터 액면까지의 거리를 연산하며, 상기 연산되어 나온 거리정보와 저장용기(1) 내부의 온도와 압력 정보를 토대로 메모리부(210)로부터 해당 저장용기(1)의 형상에 맞는 공식을 로딩하여 해당 저장용기(1)의 형상에 맞게 저장용기(1)에 채워진 내용물의 용량 및 중량을 연산하는 중앙처리부(220)와; 중앙처리부(220)를 통해 연산된 수치정보를 외부로 송출하거나, 외부로부터 데이터를 수신하는 송수신부(230)로 구성된다.
표시모듈(300)은, 연산모듈(200)을 통해 연산된 용량과 중량을 디지털 화면을 통해 표시하도록 구성된다.
또한, 감지모듈(100)은 여러 채널로 구성되어 중앙의 연산모듈(200)과 양방향 통신가능하게 구성할 수도 있으며, 시스템의 동작을 무선으로 제어하는 다수의 리모컨(500)을 연산모듈(200)과 양방향으로 무선 통신가능하게 구비할 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 초음파를 이용한 용량측정시스템의 작용을 첨부된 도 4 내지 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 초음파 측정기(110)의 기준타겟(113) 위치를 조절한 상태에서 기준타겟(113)이 저장용기(1) 내부에 위치되도록 플렌지(115a)를 통해 저장용기(1)의 상단에 고정 설치하고, 온도센서(120)와 압력센서(130)를 설치한 상태에서 컨트롤 모듈(400)을 통해 1차 기준타겟(113) 불감지 영역설정, 1차 기준타겟(113) 감지파와 2차파의 불감지 영역설정, 초음파 송신감도 설정, 반복시간 설정, 용기모양, 높이 및 길이 등을 설정하게 된다.
이후, 초음파 측정기(110)의 초음파 센서(111)를 통해 초음파를 발사하여 기준타겟(113)으로부터 반사된 시간과 저장용기(1) 내부의 액면으로부터 반사된 시간을 측정하고, 온도센서(120)와 압력센서(130)를 통해 저장용기(1) 내부의 압력과 온도를 측정하여 그 정보를 초음파 측정기(110)의 헤드(114)를 통해 연산모듈(200)로 보내게 된다. 이때, 초음파 센서(111)를 통해 발사되는 초음파는 가장 정확한 반사특성을 나타내는 62.7㎐이다.
기준타겟(113)은 일자형의 막대형 부재(113a)가 중앙을 가로질러 그 양단부가 지지대(117)에 고정되어 이루어지거나, 적어도 하나의 링형 부재(113b)가 지지대(117)에 동심원상으로 연결되어 이루어지는 것이므로 초음파 센서(111)로부터 발진된 초음파 중 일부는 막대형 부재(113a) 또는 링형 부재(113b)에 맞고 반사되고, 나머지 초음파는 관통공(112)을 통과하여 액면을 맞고 반사되며, 이를 초음파 센서(111)를 통해 다시 수신하여 리드선을 통해 헤드(114)로 보내준다.
또한, 헤드(114)에는 초음파 센서(111)로부터 발사된 초음파의 반사시간을 측정하는 감지기(114b)와, 상기 측정된 시간정보 및 온도, 압력정보를 연산모듈 (200)로 양방향 송수신하는 송수신기(114c)가 구비되어 있어 초음파가 기준타겟(113)으로부터 반사되어 되돌아온 시간과 초음파 센서(111)로부터 발사된 초음파가 액면으로부터 반사되어 되돌아온 시간을 각각 감지기(114b)를 통해 감지하고, 송수신기(114c)를 통해 상기 측정된 시간정보 및 온도센서(120)와 압력센서(130)로부터 측정된 저장용기(1) 내부의 온도와 압력정보를 연산모듈(200)로 송신하게 된다.
아울러, 플렌지(115a)와 저장용기(1)의 사이에는 방진고무(119)가 끼워져 조립되므로 초음파를 발진시키고, 그 되돌아오는 시간을 측정할 때 발생될 수 있는 진동을 흡수, 분산시킬 수 있어 계측이 정확하게 이루어진다.
연산모듈(200)의 중앙처리부(220)에서는 초음파 측정기(110)를 통해 측정된 각 시간을 초음파 발사위치로부터 기준타겟(113)까지의 거리와 비례하여 저장용기(1) 상단으로부터 액면까지의 거리를 측정하게 되는데, 저장용기(1)로부터 액면까지의 거리는, 측정거리 = 기준음속 ×측정시간(단, 기준음속=기준거리/기준시간, 측정거리: 저장용기로부터 액면까지의 거리, 기준음속 : 저장용기내 온도, 압력, 매질의 변화에 상관없는 단위 음속, 기준거리 : 초음파 발사위치로부터 기준타겟까지의 거리, 기준시간 : 초음파 발사 후 기준타겟으로부터 반사되어 올 때까지의 시간, 측정시간 : 초음파 발사 후 액면으로부터 반사되어 올 때까지의 시간)의 식을 통해 연산하게 된다.
이때, 연산모듈(200)에는 초음파 센서(111)와 기준타겟(113) 사이의 거리, 저장용기(1)의 형상에 따른 공식, 온도 및 압력에 따른 각종 유체의 비중과 같은 데이터가 입력되어 있는 메모리부(210)가 구비되어 있어 초음파 측정기(110)를 통 해 각 시간정보가 입력되면 미리 정해져있는 초음파 센서(111)로부터 기준타겟(1113)까지의 거리정보를 로딩하여 전술한 바와 같이 실제 저장용기(1) 상단으로부터 액면까지의 거리를 연산하는 것이다.
이와 같이 저장용기(1) 상단으로부터 액면까지의 거리가 산출되고, 또 온도센서(120)와 압력센서(130)를 통해 채득한 온도정보와 압력정보가 입력되면 메모리부(210)로부터 저장용기(1)의 형상에 따른 공식을 로딩한 후 거리정보를 입력하여 저장용기(1) 내 액체의 용량을 구하고, 여기서 산출한 액체의 용량, 기체의 용량(저장용기의 용량-액체의 용량), 온도정보, 압력정보를 통해 저장용기(1)에 담긴 내용물의 중량을 산출하게 된다.
현재 출시되어 있는 석유제품 관련 저장용기(1)는 2:1 타원형의 헤드를 가지면서 횡형인 경우, 1/2 반구형의 헤드를 가지면서 횡형인 경우, 2:1 타원형의 헤드를 가지면서 입형인 경우, 1/2 반구형의 헤드를 가지면서 입형인 경우, 원주 횡형인 경우, 원주 입형인 경우, 구형인 경우 등 모두 7가지의 형상으로 되어 있으며, 각각의 저장용기(1) 형상에 따라 액체의 높이에 따른 용량 변화가 달라지므로 하기와 같이 각 저장용기(1)의 형상에 따라 각기 다른 연산식을 공식화하여 메모리부(210)에 저장해놓고, 해당 저장용기(1)의 형상에 따른 용량 공식을 로딩하여 액체의 용량을 산출하게 된다.
하기에 사용되는 용어 중 l은 저장용기(1) 헤드 또는 몸체 또는 전체의 용량, r은 반지름, h는 바닥으로부터 차오른 높이, L은 저장용기(1) 몸체의 길이를 나타내는 것이며, D는 저장용기(1)의 높이 또는 폭이고, 여기서 h는 저장용기(1)의 높이와 상기의 중앙처리부(220)로부터 산출된 저장용기(1) 상단으로부터 액면까지의 거리의 차에 해당한다.
[2:1 타원형의 헤드를 가지면서 횡형인 경우]
도 5의 (b)와 같이 저장용기(1)의 양쪽 헤드를 합칠 경우 y=r 인 기준선으로 회전시킨 회전체의 모양과 같아진다. 0≤h＜r의 범위에서 임의의 h 일 때 y=h 로 회전체를 잘라낼 경우 단면은 타원이며, 이 타원의 넓이
Figure 112005020995150-PAT00001
(a=장축길이 b=단축길이)이므로 장축길이를 구하면
Figure 112005020995150-PAT00002
이고, 단축길이를 구하면
Figure 112005020995150-PAT00003
이며,
Figure 112005020995150-PAT00004
가 된다.
따라서, 높이가 h 일때 체적은
Figure 112005020995150-PAT00005
가 되며, 실제 표시될 때는 리터단위로 나타내게 되므로 이를 정리하여 단위를 맞추면 헤드의 용량 =
Figure 112005020995150-PAT00006
의 공식이 성립된다.
또한, 쉘의 경우 도 5의 (c)와 같이 우선 높이 h일때의 단면적을 구하기 위해 삼각함수에 의해 a 값을 찾는다. 높이 h일때 단면적은 사각형이므로 S = a ×L 이며, 이러한 단면적 S를 적분하여 체적을 구하게 된다.
즉, 0<h≤r일 경우(반지름보다 적거나 같게 찼을 경우)
쉘의 용량
Figure 112005020995150-PAT00007
이고,
r<h<D 일 경우(반지름 보다 많이 찼을 경우)
h = D-h값을 상기 식에 h대신 대입하면,
Figure 112005020995150-PAT00008
일 때
쉘의 용량 =
Figure 112005020995150-PAT00009
이 되며,
상기의 헤드의 용량과 쉘의 용량을 합하면 전체 용량이 된다.
[1/2 반구형의 헤드를 가지면서 횡형인 경우]
도 6과 같이 헤드부위가 상기한 2:1 타원형의 헤드의 2배가 되므로 헤드의 용량
Figure 112005020995150-PAT00010
가 되고, 쉘의 용량은 상기한 2:1 타원형의 헤드를 가지면서 횡형인 경우의 쉘의 용량과 동일하다.
[2:1 타원형의 헤드를 가지면서 입형인 경우]
헤드 밑부분에서 차오르므로 4가지 경우로 분리하여 정리하면,
·0 < h ≤
Figure 112005020995150-PAT00011
일 때(헤드 아래)
도 7의 (b)와 같이 기본적인 타원의 방정식이
Figure 112005020995150-PAT00012
+
Figure 112005020995150-PAT00013
= 1 ( a > b , x 축 방향의 타원)이고, 저장용기(1)가 2:1 타원이므로 y축으로
Figure 112005020995150-PAT00014
만큼 이동한 타원은 도 7의 (c)와 같으며, 그 식은
Figure 112005020995150-PAT00015
,
Figure 112005020995150-PAT00016
같이 정리할 수 있다.
저장용기(1)에 높이 h만큼 차오른 액체의 용량은 y축으로 회전하는 회전체의 높이 h일 때의 단면적을 0에서 h까지 적분하면 된다. 여기서 단면적을 구하기 위하여 회전체의 반지름은 도 7의 C)에서 높이 h일때의 x좌표가 회전체의 반지름이므로
Figure 112005020995150-PAT00017
, k에 대하여 정리하면
Figure 112005020995150-PAT00018
,
Figure 112005020995150-PAT00019
이다.
높이 h 일때 회전체의 단면적은
Figure 112005020995150-PAT00020
이므로 체적은
Figure 112005020995150-PAT00021
이다.
이를 정리하여 단위를 맞추면 전체용량
Figure 112005020995150-PAT00022
이 된다.
·
Figure 112005020995150-PAT00023
< h ≤ L +
Figure 112005020995150-PAT00024
일 때(헤드 아래 + 쉘)
헤드 아래의 전체 용량 =
Figure 112005020995150-PAT00025
이고, 쉘의 용량 =
Figure 112005020995150-PAT00026
이며,
이를 정리하여 단위를 맞추면,
Figure 112005020995150-PAT00027
이 된다.
· L +
Figure 112005020995150-PAT00028
< h < L + r 일 때(쉘 전체 + 헤드 전체-{(L+r)-h 의 헤드 아래}
쉘 전체 용량 =
Figure 112005020995150-PAT00029
이고, 헤드 전체 용량 =
Figure 112005020995150-PAT00030
이며, L+r-h 의 헤드 용량 =
Figure 112005020995150-PAT00031
이고, 실질적인 액면의 높이 = L+r-h이므로 L+r-h을 h로 치환하면
Figure 112005020995150-PAT00032
이 되며, 이를 적용하여 단위를 맞추면 전체용량
Figure 112005020995150-PAT00033
이 된다.
·h = L + R 일 때 (꽉 찼을 때)
전체 용량
Figure 112005020995150-PAT00034
이 된다.
[1/2 반구형의 헤드를 가지면서 입형인 경우]
도 8과 같이 헤드부위는 상기한 1/2 반구형의 헤드를 가지면서 횡형인 경우와 동일한 형상이므로 헤드의 용량
Figure 112005020995150-PAT00035
가 되고, 쉘은 원주 입형이므로 쉘의 용량
Figure 112005020995150-PAT00036
이 되며, 전체에 채워졌을 경우의 용량
Figure 112005020995150-PAT00037
이 된다.
[원주 횡형인 경우]
도 9와 같이 상기한 2:1 타원형의 헤드를 가지면서 횡형인 경우 또는 1/2 반구형의 헤드를 가지면서 횡형인 경우의 쉘의 용량과 동일하다.
[원주 입형인 경우]
도 10과 같이 상기한 1/2 반구형의 헤드를 가지면서 입형인 경우의 쉘의 용량과 동일하다.
[구형인 경우]
도 11과 같이 상기한 1/2 반구형의 헤드를 가지면서 횡형 또는 1/2 반구형의 헤드를 가지면서 입형인 경우의 헤드의 용량과 동일하다.
상기와 같이 저장용기(1)의 형태에 따라 액체의 용량을 구하는 공식을 정형화하여 연산모듈(200)의 메모리부(210)에 입력시켜놓은 상태에서 저장용기(1) 상단으로부터 액면까지의 거리가 산출되면서 이와 동시에 해당 저장용기(1)의 형상에 맞는 용량 산출식이 로딩되어 거리정보가 대입됨으로써 저장용기(1) 내부의 액체 용량을 정확하게 산출할 수 있다.
또한, 상기 산출된 액체의 용량에 액체의 비중을 곱하면 액체의 질량을 구할 수 있게 되는데, 저장용기(1)에서 액체가 없는 공간에는 기체가 채워져 있다고 볼 수 있으므로 저장용기(1) 내부의 내용물 중량을 산출할 때에는 액체의 중량과 기체의 중량을 합하여 산출해야 한다.
즉, 저장용기 내 총질량(kg) = 액체의 질량(kg) + 기체의 질량(kg)이며, 액체의 질량(kg) = 액체의 액비중*액체의 체적(ℓ)이고, 여기서 석유제품을 저장하는 저장요익(1) 내에는 대부분 프로판과 부판이 담기게 되므로 저장용기(1)내의 액체가 순수 부탄과 순수 프로판만으로 구성되어 있다는 가정하에 액체는 프로판과 부탄의 혼합액체이므로 혼합액체의 액비중 = (프로판의 혼합율*프로판의 액비중) + (부탄의 혼합율*부탄의 액비중)이며, 프로판의 혼합율 + 부탄의 혼합율 = 1이라는 공식이 성립되고, 이를 프로판의 혼합율 만으로 정리하면 프로판의 혼합율을 P(프로판 100% 일 때 1)라 할 때 혼합액체의 액비중 = (P * 프로판의 액비중) +{(1-P)*부탄의 액비중}이 된다.
여기에 아래의 식과 같은 프로판과 부탄의 액비중공식 대입하게 된다.
프로판 액비중 = 0.528-(1.4 ×10-3 ×온도)(가스 안전공사 제공 간략식)
부 탄 액비중 = 0.601-(1.4 ×10-3 ×온도)(가스 안전공사 제공 간략식)
여기에서 본 발명에 따른 온도센서(120)는 -20℃∼60℃범위를 4∼20mA 출력을 가지도록 구성되므로 -20℃는 1V, 60℃는 5V의 입력을 가지며, 따라서 중앙처리부(220) 내의 10Bit A/D 컨버터 입력값을 X라 할 때
Figure 112005020995150-PAT00038
이 된다. 여기서 온도는 중앙처리부(220)의 계산 편의상 -20℃를 0으로 보고 60℃를 80으로 보는 가상온도를 적용한다
즉, 가상온도 = 실제온도 + 20
이를, 다시 가상온도에 대해 정리하면 C =
Figure 112005020995150-PAT00039
=
Figure 112005020995150-PAT00040
이다.
상기 식에서 계산 편의상 양변에 103을 곱하여 자릿수 변환하면 프로판 액비중 * 103 =
Figure 112005020995150-PAT00041
(C는 실제 온도), 부탄 액비중 * 103 =
Figure 112005020995150-PAT00042
(C는 실제 온도)이 되며, 여기에 실제 온도 C를 가상온도로 대입하여 아래와 같은식으로 변환하면 프로판 액비중 * 103 = 5560 - 14C (C는 가상온도), 부탄 액비중 * 103 = 6230 - 11C (C는 가상온도)이 된다.
여기서 103을 곱한 부분은 나중에 결과값에서 정리하기로 하고 앞으로 나오는 식에서는 생략한다.
상기의 결과를 혼합 액체의 액비중에 대입하여 정리하면 혼합액체의 액비중 = P(5560 -14C) +(1-P)(6230 - 11C)= 6230 - P(670+3C) - 11C이고, 온도는 A/D컨버터의 결과값으로 알 수 있으므로 대입하여 미리 계산하면,
프로판부탄혼합액비중 * 103 = 6450 - P(610 + 0.29325X) - 1.0752X이며, 이를 정리하면, 아래와 같이 액체부분의 질량을 구할 수 있다.
Figure 112005020995150-PAT00043
단, Wl은 저장용기 내부의 액체 질량, Vl은 저장용기 내부의 액체 용량, P는 프로판의 100분율, X는 -20℃∼60℃의 범위에서 4∼20㎃의 출력을 가지는 온도센서로부터 출력된 값을 10Bit A/D 컨버터로 측정한 수치이다.
또한, 기체의 질량(kg) = 분자량 ×압력(Atm)×용량(ℓ) / (273+온도) ×82( 보일-샤를의 법칙을 이용하여 정리된 공식)이다.
여기에서 위에 액체의 질량과 마찬가지로 혼합기체의 질량은 프로판기체의 질량 +부탄기체의 질량 이므로 위에서 나온 프로판의 혼합율 P를 그대로 이용하면, 중복해서 나오는 계산식 압력(Atm) ×용량(ℓ) / (273+온도) ×82를 A라 할 때, 혼합기체의 총질량(Kg) = 프로판 분자량 ×P ×A + 부탄의 분자량 ×(1-P) ×A가 된다.
이때, 프로판 분자량 = 44.1이고, 부 탄 분자량 = 58.1 이므로 이를 대입하면, 혼합기체의 총질량(Kg) = 44.1PA + 58.1(1-P)A = 44.1PA + 58.1A - 58.1PA = 58.1A - 14PA가 되며, 여기서, 온도는 이전에 썼던 가상온도를 써야 하므로 계산식 A를 압력(Atm) ×용량(ℓ) / (253+가상온도) ×82 로 변경하여 적용하며, 압력센서(130)는 게이지 압력 0∼50㎏f/㎠의 범위를 4∼20mA 선형출력을 가지도록 구성되므로 중앙처리부(220) 내부의 10bit A/D 컨버터 값을 X라 할 때 X =
Figure 112005020995150-PAT00044
이며, 이를 ㎏f/㎠로 정리하면 압력 K =
Figure 112005020995150-PAT00045
이고, 이를 Atm으로 변환하면 Atm =
Figure 112005020995150-PAT00046
이므로 여기에 대입하여 정리하면,
Atm =
Figure 112005020995150-PAT00047
이 되며,
또한, A = (0.059131X - 11.0983) ×기체의 용량(ℓ) / (253+가상온도) ×82 이므로, 이를 대입하여 정리하면 아래와 같이 기체부분의 질량을 구할 수 있게 된 다.
Figure 112005020995150-PAT00048
단, Wg는 저장용기 내부의 기체 질량, Vg는 저장용기 내부의 기체 용량, P는 프로판의 100분율, X는 게이지압력 0∼50kgf/㎠의 범위에서 4∼20㎃의 출력을 가지는 압력센서로부터 출력된 값을 10Bit A/D 컨버터로 측정한 수치이다.
상기와 같은 액체의 질량과 기체의 질량을 측정하는 공식 역시 연산모듈(220)의 메모리부(210)에 저장하여 놓은 상태에서 저장용기(1)내 액체의 용량정보가 산출되고, 또 온도정보, 압력정보가 입력되면 상기의 액체 질량 공식과 기체 질량 공식을 로딩하여 저장용기(1)내 액체의 질량과 기체의 질량을 구하고, 이를 합하여 저장용기(1)에 담긴 내용물의 총질량을 산출하게 된다(프로판과 부탄의 혼합비율은 이미 정해져 있는 고정치이므로 질량 계산시 이를 적용하게 된다).
이와 같이 저장용기(1)에 담긴 액체의 용량, 저장용기(1)에 담긴 내용물의 질량 등이 구해지면 그 송수신부(230)를 통해 표시모듈(300에 송신하게 되고, 이를 표시모듈(300)을 이루는 디지털 화면을 통해 표시하게 되며, 사용자는 이러한 수치를 보고 저장용기(1) 내부에 액체가 얼마나 차있고, 또 전체 내용물 중량은 얼마나 되는지 쉽게 알 수 있는 것이다. 물론, 상기의 수치적인 표시와 함께 저장용기(1)의 내용적에 대한 액체의 용량을 막대그래프 형식으로 표시할 수도 있다.
또한, 여러개의 저장용기(1)에 각각 감지모듈(100)을 설치하고, 이를 중앙의 연산모듈(200)과 통신가능하게 하면 여러개의 저장용기(1)를 중앙에서 일률적으로 관리할 수 있어 관리의 효율성을 높일 수 있으며, 다수의 리모컨(500)을 통해 연산모듈(200)에서 행해지는 모든 동작을 무선으로 제어할 수도 있는 것이다.
그리고, 저장용기(1)에 액체가 과하게 담기게 되면 이를 감지하여 경보음을 발생시키면서 공급밸브를 자동 차단하는 과충전 방지장치를 더 구비하고, 이를 컨트롤 모듈(400)과 송수신가능하도록 릴레이박스를 구비할 경우 저장용기(1)에 담긴 액체의 용량을 정확하게 산출하면서 과충전을 방지하는 작용을 동시에 수행할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 기준타겟을 갖는 초음파 측정기를 통해 저장용기 상단으로부터 액면까지의 거리를 온도, 압력, 밀도에 상관없이 정확하게 측정하여 이러한 정확한 거리정보를 해당 저장용기의 형상에 맞는 공식에 대입하여 저장용기 내부의 액체 용량을 정확하게 산출할 수 있음은 물론 여기서 산출된 저장용기 내부의 액체 및 기체의 용량과 저장용기 내측에 설치된 온도 및 압력센서로부터 측정된 정확한 온도 및 압력정보를 중량산출공식에 대입하여 저장용기에 담긴 내용물의 중량을 정확하게 산출할 수 있는 장점이 있으며, 이러한 저장용기 내부의 액체 용량과 내용물 중량을 디지털 화면을 통해 표시할 수 있어 사용상 편의성을 도모할 수 있는 것이다.
또한, 저장용기에 어느 정도의 범위까지 내용물이 채워지면 자동으로 경보음을 발생시킴과 동시에 공급밸브를 차단할 수 있는 과충전 방지장치를 상기한 용량측정시스템과 연계할 수 있어 정확한 용량의 측정에 따른 정확한 내용물 공급제어 가 가능해지는 것이며, 여러개의 저장용기에 각각 감지모듈을 설치하여 이를 중앙에서 관리할 수 있으므로 관리의 효율성을 향상시킬 수 있는 장점도 있는 것이다.

Claims (24)

  1. 중간에는 초음파 센서가 구비되고 하단부에는 관통공을 갖는 기준타겟이 형성된 상태로 상기 저장용기의 상단부에 설치되어 상기 초음파 센서로부터 발사된 초음파가 기준타겟으로부터 반사되어 되돌아온 시간과, 상기 초음파 센서로부터 발사된 초음파가 액면으로부터 반사되어 되돌아온 시간을 측정하는 초음파 측정기와, 상기 저장용기 내측에 설치되어 상기 저장용기 내부의 온도와 압력을 측정하는 온도·압력센서로 이루어진 감지모듈;
    상기 감지모듈로부터 입력된 각 시간(초음파가 기준타겟으로부터 반사되어 되돌아온 시간과 상기 초음파 센서로부터 발사된 초음파가 액면으로부터 반사되어 되돌아온 시간)이 입력되면 상기 초음파 센서와 상기 기준타겟과의 정해진 거리와 각 시간을 비례 연산하여 상기 저장용기 상단으로부터 액면까지의 거리를 연산하며, 상기 연산되어 나온 거리정보와 상기 저장용기 내부의 온도와 압력 정보를 토대로 상기 저장용기의 형태에 따라 상기 저장용기내의 내용물 용량과 중량을 연산하는 연산모듈;
    상기 연산모듈을 통해 연산된 용량과 중량을 디지털 화면을 통해 표시하는 표시모듈; 및
    상기 각 모듈을 유기적으로 제어하는 컨트롤 모듈을 포함하여서 된 것을 특 징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 측정기는,
    단자함을 갖는 헤드와,
    상기 헤드의 하부에 연결되고, 상기 저장용기에 고정되기 위해 원주방향으로 플렌지가 형성되며, 상기 플렌지의 하부측으로 몰딩관이 일체로 형성되어 상기 초음파 발진부로부터 인출된 리드선이 상기 몰딩관 내부에 몰딩되어 이루어진 연결부와,
    상기 리드선이 연결된 상태로 상기 몰딩관 내부에 상부가 몰딩·고정되어 상기 리드선을 통해 인가된 전원에 의해 초음파를 발진시켜 송신하고, 대상물에 반사되어 되돌아온 초음파를 수신하는 초음파 센서와,
    상단부는 상기 몰딩관의 외측에 고정되고, 이로부터 소정길이 하부로 연장되어 상기 초음파 센서와의 거리를 이격시켜주는 연장관과,
    상기 초음파 센서로부터 송신된 초음파가 일부는 관통공을 통해 통과되고 일부는 반사되도록 상기 연장관의 하단부에 형성된 기준타겟으로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연장관의 상부측에는 상기 연장관의 내외측 압력을 동일하게 유지시켜 주도록 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    기준타겟을 지지하면서 연장관의 하단부에 끼워지는 링형의 지지대가 회전에 따라 상기 기준타겟의 높이를 조정할 수 있는 나사에 부착되어 이루어진 것을 특징으로 초음파를 이용한 용량측정시스템.
  5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 기준타겟은 일자형의 막대형 부재가 중앙을 가로질러 그 양단부가 상기 지지대에 고정되어 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정시스템.
  6. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 기준타겟은 적어도 하나의 링형 부재가 상기 지지대에 동심원상으로 연결된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 헤드에는,
    상기 초음파 센서로부터 발사된 초음파가 기준타겟으로부터 반사되어 되돌아온 시간과 상기 초음파 센서로부터 발사된 초음파가 액면으로부터 반사되어 되돌아온 시간을 각각 감지하는 감지기; 및
    상기 측정된 시간 정보와 상기 온도·압력센서로부터 측정된 상기 저장용기 내부의 온도와 압력정보를 상기 연산모듈로 양방향 송수신하는 송수신기가 구비된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정시스템.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 플렌지와 상기 저장용기의 사이에는 방진고무가 끼워져 조립되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도센서는 -20℃∼60℃의 범위에서 4∼20㎃의 출력을 가지도록 구성되며, 상기 온도센서로부터 출력된 값을 10Bit A/D 컨버터로 측정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력센서는 게이지압력 0∼50kgf/㎠의 범위에서 4∼20㎃의 출력을 가지도록 구성되며, 상기 압력센서로부터 출력된 값을 10Bit A/D 컨버터로 측정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산모듈은,
    상기 초음파센서와 상기 기준타겟 사이의 거리, 상기 저장용기의 형상에 따른 공식, 온도 및 압력에 따른 각종 유체의 비중과 같은 데이터가 입력되어 있는 메모리부와,
    상기 초음파 측정기를 통해 측정된 각 시간정보가 입력되면 기 입력되어 있는 상기 초음파센서와 상기 기준타겟 사이의 거리를 비례 연산하여 상기 저장용기 상단으로부터 액면까지의 거리를 연산하며, 상기 연산되어 나온 거리정보와 상기 저장용기 내부의 온도와 압력 정보를 토대로 상기 메모리부로부터 해당 저장용기의 형상에 맞는 공식을 로딩하여 해당저장용기의 형상에 맞게 상기 저장용기에 채워진 내용물의 용량 및 중량을 연산하는 중앙처리부와,
    상기 중앙처리부를 통해 연산된 수치정보를 외부로 송출하거나, 외부로부터 데이터를 수신하는 송수신부로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지모듈은 여러 채널로 구성되어 중앙의 상기 연산모듈과 양방향 통신가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템의 동작을 무선으로 제어하는 다수의 리모컨이 상기 연산모듈과 양방향으로 무선 통신가능하게 구비된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측 정시스템.
  14. 저장용기 상단에 설치된 기준타겟을 갖는 초음파 측정기를 통해 초음파를 발사하여 상기 기준타겟으로부터 반사된 시간과 상기 저장용기 내부의 액면으로부터 반사된 시간을 측정하고, 상기 저장용기 내측에 설치된 온도센서와 압력센서를 통해 상기 저장용기 내부의 압력과 온도를 측정하는 단계;
    상기 측정된 각 시간을 초음파 발사위치로부터 상기 기준타겟까지의 거리와 비례하여 상기 저장용기 상단으로부터 액면까지의 거리를 측정하는 단계;
    상기 저장용기의 형상에 따른 공식을 로딩하고, 상기 측정된 거리정보, 압력정보, 온도정보를 상기 로딩된 공식에 대입하여 해당 저장용기의 형태에 따라 상기 저장용기내의 내용물 용량과 중량을 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 내용물의 용량과 중량을 디지털 화면을 통해 표시하는 단계를 포함하여서 된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 저장용기로부터 액면까지의 거리는,
    측정거리 = 기준음속 ×측정시간(단, 기준음속=기준거리/기준시간, 측정거리: 저장용기로부터 액면까지의 거리, 기준음속 : 저장용기내 온도, 압력, 매질의 변화에 상관없는 단위 음속, 기준거리 : 초음파 발사위치로부터 기준타겟까지의 거리, 기준시간 : 초음파 발사 후 기준타겟으로부터 반사되어 올 때까지의 시간, 측 정시간 : 초음파 발사 후 액면으로부터 반사되어 올 때까지의 시간)
    의 식을 통해 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 측정된 거리정보를 상기 저장용기의 형상에 따른 식에 대입하여 상기 저장용기 내부의 액체 용량을 측정하고, 상기 측정된 용량을 온도정보와 압력정보에 비례 연산하여 상기 저장용기 내부의 내용물 중량을 측정하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 저장용기가 2:1 타원형의 헤드를 가지면서 횡형일 경우, 상기 저장용기의 헤드에서의 액체 용량은 하기의 수학식 1에 의해 연산하고, 상기 저장용기 몸체에서의 액체 용량은, 액체가 반지름이하로 찼을 경우 하기의 수학식 2에 의해 연산하며, 액체가 반지름을 초과하여 찼을 경우 하기의 수학식 3에 의해 연산하여 상기 저장용기의 헤드에서의 액체용량과 상기 저장용기 몸체에서의 액체용량을 합하여 상기 저장용기 내부에서의 액체용량을 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정방법
    [수학식 1]
    Figure 112005020995150-PAT00049
    [수학식 2]
    Figure 112005020995150-PAT00050
    [수학식 3]
    Figure 112005020995150-PAT00051
    단, lh는 저장용기 헤드에서의 액체 용량, lb는 저장용기 몸체에서의 액체 용량, r은 반지름, h는 저장용기의 바닥으로부터 액체가 차오른 높이, L은 몸체의 길이,
    Figure 112005020995150-PAT00052
    .
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 저장용기가 1/2 반구형의 헤드를 가지면서 횡형일 경우, 상기 저장용기의 헤드에서의 액체 용량은 하기의 수학식 4에 의해 연산하고, 상기 저장용기 몸체에서의 액체 용량은 상기 청구항 17의 수학식 2 또는 수학식 3에 의해 연산하여 상기 저장용기의 헤드에서의 액체용량과 상기 저장용기 몸체에서의 액체용량을 합하여 상기 저장용기 내부에서의 액체용량을 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정방법
    [수학식 4]
    Figure 112005020995150-PAT00053
    단, lh는 저장용기 헤드에서의 액체 용량, h는 저장용기의 바닥으로부터 액 체가 차오른 높이, r은 반지름.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 저장용기가 2:1 타원형의 헤드를 가지면서 입형일 경우, 상기 저장용기의 헤드에서의 액체 용량은, 저장용기의 바닥으로부터 액체가 차오른 높이(h)가
    Figure 112005020995150-PAT00054
    일 때는 하기의 수학식 5에 의해 연산하고,
    Figure 112005020995150-PAT00055
    일 때는 하기의 수학식 6에 의해 연산하며,
    Figure 112005020995150-PAT00056
    일 때는 하기의 수학식 7에 의해 연산하고,
    Figure 112005020995150-PAT00057
    일 때는 하기의 수학식 8에 의해 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정방법
    [수학식 5]
    Figure 112005020995150-PAT00058
    [수학식 6]
    Figure 112005020995150-PAT00059
    [수학식 7]
    Figure 112005020995150-PAT00060
    [수학식 8]
    Figure 112005020995150-PAT00061
    단, l은 저장용기 전체의 액체 용량, h는 저장용기의 바닥으로부터 액체가 차오른 높이, r은 반지름, L은 저장용기 몸체의 길이.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 저장용기가 1/2 반구형의 헤드를 가지면서 입형일 경우, 상기 저장용기의 헤드에서의 액체 용량은 상기 청구항 18의 수학식 4에 의해 연산하고, 상기 저장용기의 몸체에서의 액체 용량은 하기의 수학식 9에 의해 연산하여 상기 저장용기의 헤드에서의 액체용량과 상기 저장용기 몸체에서의 액체용량을 합하여 상기 저장용기 내부에서의 액체용량을 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정방법
    [수학식 9]
    Figure 112005020995150-PAT00062
    단, lb는 저장용기 몸체에서의 액체 용량, r은 반지름, h는 저장용기의 바닥으로부터 액체가 차오른 높이.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 저장용기가 원주 횡형일 경우, 상기 저장용기 전체의 액체 용량은 상기 청구항 17의 수학식 2 및 수학식 3과 동일하게 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 저장용기가 원주 입형일 경우, 상기 저장용기 전체의 액체 용량은 상기 청구항 20의 수학식 9에 의해 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정방법.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 저장용기가 구형일 경우, 상기 저장용기 전체의 액체 용량은 상기 청구항 18의 수학식 4에 의해 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정방법.
  24. 제 16 항에 있어서,
    상기 저장용기 내부의 내용물 중 액체의 질량은 하기의 수학식 10에 의해 연산하고, 기체의 질량은 하기의 수학식 11에 의해 연산하며, 상기 액체의 질량과 상기 기체의 질량을 합하여 상기 저장용기 내부의 내용물 질량을 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 용량측정방법
    [수학식 10]
    Figure 112005020995150-PAT00063
    단, Wl은 저장용기 내부의 액체 질량, Vl은 저장용기 내부의 액체 용량, P는 프로판의 100분율, X는 -20℃∼60℃의 범위에서 4∼20㎃의 출력을 가지는 온도센서 로부터 출력된 값을 10Bit A/D 컨버터로 측정한 수치
    [수학식 11]
    Figure 112005020995150-PAT00064
    단, Wg는 저장용기 내부의 기체 질량, Vg는 저장용기 내부의 기체 용량, P는 프로판의 100분율, X는 게이지압력 0∼50kgf/㎠의 범위에서 4∼20㎃의 출력을 가지는 압력센서로부터 출력된 값을 10Bit A/D 컨버터로 측정한 수치.
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