상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 액체가 흐르고 케이싱(12)에 설치되는 통로(26)와, 사이에 개재되는 상기 통로(26)에서 서로 반대로 배치되고 음파신호를 송수신할 수 있으며 상기 음파신호에 기초하여 상기 액체의 유량을 측정하는 한쌍의 검출부(16a,16b,102a,102b)를 포함하는 유량측정장치에 있어서, 상기 케이싱(12) 내에 위치하여 상기 통로(26)와 면하고, 상기 통로(26)를 향해 확장되는 곡면(46)을 가지는 커버부재(40,104); 및 상기 통로(26)를 향하도록 상기 커버부재(40,104)에 배치되고, 상기 음파신호를 송수신하는 음파송수신부(14)를 더 포함하고, 상기 음파송수신부(14)는 상기 곡면(46)을 경유하여 상기 음파신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 유량측정장치이다.
또, 상기 검출부(16a,16b)는 상기 케이싱(12) 내에 착탈가능하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 음파송수신부(14)의 외경(D3)은 상기 통로(26)의 내경(D2)보다 작은 것을 특징으로 한다.
또, 상기 케이싱(12)은 금속재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 커버부재(40)는 수지재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 음파송수신부(14)는 압전소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 음파신호의 전파를 차단하는 음파차단부재(106)가 상기 검출부(102a,102b)와 상기 케이싱(12) 사이에 설치되고, 상기 검출부(102a,102b)는 그 사이에 개재되는 상기 음파차단부재(106)로 상기 케이싱(12) 내에서 지지되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 검출부(102a,102b)는 상기 케이싱(12)에 착탈가능하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 검출부(102a,102b)의 외경은 상기 검출부(102a,102b)가 설치되는 상기 케이싱(12)의 내경보다 작은 것을 특징으로 한다.
또, 상기 통로(26)와 면하는 간극이 상기 커버부재(104)의 외주면과 상기 통로(26)의 내주면 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 유량측정장치.
또, 상기 음파차단부(106)는 탄성재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 케이싱(12)은 금속재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 커버부재(104)는 수지재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 음파송수신부(14)는 압전소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1에 참조하면, 참조 번호 10은 본 발명의 실시예 1에 따른 유량측정장치를 지시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 유량측정장치(20)는 물 또는 화학용액과 같은 액체를 공급하는 통로(26)를 가지는 하우징(케이싱)(12)과, 음파신호를 송신 및 수신할 수 있는 음파송수신부(14)를 내장하고 상기 하우징(12)의 각각의 단부에 배치되는 한쌍의 검출부(16a,16b)를 포함한다.
상기 하우징(12)는 예를 들어 스레인레스강과 같은 금속재료로 형성되는 주몸체부(18)와, 상기 주몸체부(18)의 일단에 실질적으로 수직으로 연결되는 공급부(20)와, 상기 주몸체부(18)의 타단에 실질적으로 수직으로 연결되는 토출부(22)를 포함한다. 상기 공급부(20)와 상기 토출부(22)는 실질저긍로 평행하게 배치된다. 상기 하우징(12)은 반드시 금속재료로 형성될 것이 요구되지는 않는다. 선택적으로, 상기 하우징(12)은 수지재료로 형성될 수 있다.
상기 검출부(16a,16b)가 연결되는 연결플랜지(25)가 상기 주몸체부(18)의 양단에 형성되고, 상기 연결플랜지(24)는 반지름 외측방향으로 직경이 팽창된다. 또한, 상기 액체가 흐르는 통로(26)는 상기 주몸체부(18)를 관통하여 축선방향으로 형성되고, 상기 통로(26)의 양단은 외측으로 개방된다. 상기 통로(26)의 양단의 주위에 배치되는 부분을 향해 점차적으로 직경방향으로 팽창되는 확경부(28a,28b)가 설치된다. 더욱 상세하게, 상기 확경부(28a,28b)는 상기 연결플랜지(24) 내에 설치 되고, 상기 검출부(16a,16b)가 상기 확경부(28a,28b)와 면하도록 상기 검출부(16a,16b)가 배치된다.
상기 공급부(20)에 축선방향으로 관통하도록 공급통로(20)가 형성된다. 상기 공급통로(30)는 상기 주몸체부(18)의 일측단에 형성된 상기 확경부(28a)와 연통된다. 한편, 상기 토출부(22)에 축선방향으로 관통하도록 토출통로(32)가 형성된다. 상기 토출통로(32)는 상기 주몸체부(18)의 타측단에 형성된 상기 확경부(28b)와 연통된다. 달리 말하면, 상기 공급통로(30)와 상기 토출통로(32)가 한쌍의 확경부(28a,28b)를 포함하는 상기 통로(26)를 경유해서 서로 연통된다. 그러므로, 도시되지 않은 액체공급원으로부터 상기 공급통로(30)까지 공급되는 액체가 상기 통로(26)를 경유하여 상기 토출통로(32)를 통해 외부로 토출된다.
예를 들어, 튜브를 포함하는 배관(34)에 고정되는 고정홈(36)이 상기 공급부(20)와 상기 토출부(22) 각각의 단부에 각각 형성된다. 통상의 조임플러그(38)이 상기 양단부의 외주면 상에 나합된다. 즉, 상기 배관(34)은 상기 공급부(20)와 상기 토출부(22)의 각각의 단부에서 상기 고정홈(36) 상에 고정되고, 상기 고정플러그(28)가 상기 양단부 각각에 나사결합되어서, 상기 배관(34)이 상기 조임플러그(38)과 상기 양단부 사이에 개재되고, 상기 배관이 상기 공급부(20)와 상기 토출부(22)에 각각 견고히 연결된다.
검출부(16a,16b)가 상기 하우징(12)의 상기 확경부(28a,28b) 내에 각각 설치된다. 상기 검출부(16a,16b) 각각은 상기 하우징(12)의 상기 통로(26)와 면하도록 설치되는 커버부재(40)와, 상기 커버부재(40)의 내측에 배치되는 송수신부(14)와, 상기 개방된 확경부(28a,28b)를 폐쇄하는 상기 주몸체부(18)의 상기 연결플랜지(24)에 연결되는 연결캡(44a,44b)을 포함한다.
상기 커버부재(40) 각각은 실질적으로 U자형상의 단면을 가지는 수지재료로 형성도니다. 상기 커버부재(40)는 그 개방된 단부가 상기 연결캡(44a,44b)의 측부에 위치하도록 배치된다. 또한, 상기 커버부재(40)는 그 타단부가 바닥형상(bottomed shape)으로 형성되며 상기 통로(26)에 대치된다.상기 통로(26)측을 향해 구형으로 팽창하는 곡면(46)이 상기 커버부재(40) 각각의 타단부에 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 곡면(46)은 소정의 반경을 가지도록 형성되고, 상기 곡면(46)은 상기 통로(26)에 면한다. 상기 곡면(46)은 상기 통로(26)의 축선에 배치되어 그 중심부분에서 최고로 확장된다.
상기 음파송수신부(14)의 각각은, 예를 들어 판상의 압전소자(피에조소자)를 포함한다. 상기 음파송수신부(14)는 상기 커버부재(40)의 각각의 평면의 바닥벽면(40a)(도 2 참조) 상에 설치된다. 상기 음파송수신부(14)의 각각에 한쌍의 리드와이어(50)가 연결된다. 상기 리드와이어(50)는 상기 연결캡(44a,44b)의 내측에서 통과되고, 상기 리드와이어(50)은 상기 연결캡(44a,44b)에 나합되는 실링볼트(52)를 경유하여 외측으로 이어진다.
상기 연결캡(44a,44b)는 바닥장착의(bottom equipped) 통상의 형상으로 형성된다. 상기 연결캡(44a,44b)는 복수의 볼트(미도시)에 의해 상기 하우징(12)의 상기 연결플랜지(24)에 각각 연결된다. 상기 연결캡(44a,44b)의 각각의 측부에 고정부(54)가 돌출되게 형성된다. 상기 고정부(54) 각각은 고정을 위해 상기 하우 징(12)의 상기 확경부(28a,28b) 내에 각기 삽입된다. 상기 음파송수신부(14)에 연결되는 리드와이어(50)는 상기 고정부(54)의 측부를 통과한다. 즉, 상기 음파송수신부(14)는 상기 하우징(12)의 상기 연결플랜지(24)에 각각 연결되는 상기 연결캡(44a,44b)에 의해 상기 확경부(28a,28b) 내에서 확실히 시일된다. 상기 연결캡(44a,44b)이 분리되면, 상기 음파송수신부(14)는 상기 하우징(12)으로부터 분리된다.
상기 고정부(54)의 외주면에 설치되는 시일부재(56)가 상기 확경부(28a,28b)의 내주면에 맞닿는다. 따라서, 상기 하우징(12)과 상기 연결캡(44a,44b) 사이가 기밀상태로 유지된다.
상기 리드와이어(50)을 지지하는 상기 실링볼트(52)는 상기 연결캡(44a,44b)의 내부를 시일하기 위해 상기 연결캡(44a,44b)의 단부에 나합된다. 상기 실링볼트(52)를 경유하여 외측으로 통과되는 상기 리드와이어(50)가 도시되지 않은 컨트롤 유니트에 각각 연결된다. 상기 음파송수신부(14)에 의해 수신되는 신호는 상기 리드와이어(50)를 통해 상기 컨트롤 유니트에 출력된다.
본 발명의 실시예1에 따른 상기 유량측정장치(10)은 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 다음으로, 그 작동, 기능, 및 효과가 설명된다. 액체는 도시되지 않은 액체공급원으로부터 배관(34)를 경유하여 상기 공급통로(30)에 공급되고, 상기 액체는 상기 공급통로(30)으로부터 상기 통로(26)를 경유하여 상기 토출통로(32)까지 흐른다.
상기 유량측정장치(10)에서, 예를 들어 음파신호는 상기 하우징(12)의 일단 부에 연결되는 상기 검출부(16a)의 상기 음파송수신부(14)로부터 송신된다. 상기 음파신호는 상기 통로(26)의 내벽면에 의해 반사되면서 상기 액체 내에서 전파된다. 상기 음파신호는 상기 하우징(12)의 타단부에 연결된 상기 검출부(16b)의 상기 음파송수신부(14)에 의해 수신된다. 이런 과정동안, 상기 음파신호는 상기 유체의 흐름방향으로(즉, 도 1에서 도시된 바와 같이 화살표 X1방향으로) 전파된다.
반대로, 음파신호가 상기 하우징(12)의 타단부에 연결된 상기 검출부(16b)의 상기 음파송수신부(14)로부터 송신된다. 상기 음파신호는 상술한 상기 하우징의 일단부에 연결되는 상기 검출부(16a)의 상기 음파송수신부(14)에 의해 수신된다. 이 과정동안, 음파신호는 상기 액체의 흐름방향에 반대방향으로(즉, 도 1에서 도시된 바와 같이 화살표 X2방향으로) 전파된다.
상기 음파송수신부(14)에 의해 수신된 음파신호에 기초한 수신신호는 상기 와이어(50)를 경유하여 도시되지 않은 컨트롤 유니트로 출력된다. 이러한 검출신호에 따라서, 전파시간차 ΔT는 음파신호가 상기 액체의 흐름방향(화살표 X1방향)으로 전파될 때 얻어지는 전파시간 T1과, 음파신호가 상기 액체의 흐름방향의 반대방향(화살표 X2방향)으로 전파될 때 얻어지는 전파시간 T2에 기초하여 상기 컨트롤 유니트에서 계산된다. 상기 액체의 유속 V는 상기 전파시간차 ΔT로부터 계산된다.
이러한 경우에, 상기 통로(26)를 향하는 방향 및 반대방향으로 팽창하는 곡면(46)이 상기 검출부(16a,16b)를 이루는 상기 커버부재(40) 각각에 형성된다. 그러므로, 액체 내에 함유하는 모든 기포가 상기 커버부재(40)에 부착되고, 상기 기포는 흐르는 액체에 의해 압박된다. 따라서, 상기 기포는 상기 곡면(46)을 따라 반 지름 외측방향으로 점차 이동한다. 달리 말하면, 기포가 상기 커버부재(40)의 표면에 부착되고 상기 음파송수신부(14)를 커버하는 상태를 방지하는 것이 가능하다. 상기 커버부재(40)으로부터 제거되는 기포는 상기 토출통로(32)를 통해 외측으로 배출될 수 있다.
그러므로, 상기 커버부재의 표면에 부착된 버블이 제거되기 때문에 음파신호의 전파가 억제되지 않는다. 그러므로, 상기 유량측정장치(10)에서 음파신호를 적절히 송수힌할 수 있다. 따라서, 상기 액체의 유량은 이러한 음파신호에 기초하여 고정밀도로 계산될 수 있다.
이러한 장치에서, 상기 음파송수신부(14)를 포함하는 상기 검출부(16a,16b)가 상기 하우징(12)의 양단부에 개방된 확경부(28a,28b)에 설치되고, 상기 확경부(28a,28b)가 상기 연결캡(44a,44b)에 의해 폐쇄된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 검출부(16a,16b)가 상기 하우징(12)에 대해 착탈가능하게 배치된다. 따라서, 상기 검출부(16a,16b)가 교환되면, 상기 연결캡(44a,44b)이 상기 하우징(12)으로부터 단순히 분리되는 간단한 동작에 의해 수행될 수 있다.
상기 검출부(16a,16b)의 일측 또는 양측에 오작동이 발생하는 경우 조차, 상기 유량측정장치(10)가 상기 유량측정장치(10)의 상기 검출부(16a,16b)의 일측 또는 양측을 교체하는 것에 의해 단순히 다시 사용될 수 있도록 쉽게 치유될 수 있다. 그러므로, 전체의 유량측정장치(10)가 교체되어야만 하는 경우와 비교해 볼 때 비용이 절감된다.
또한, 상기 커버부재(40)는 수지재료에 의해 형성된다. 따라서, 음파신호가 상기 커버부재(40)의 내측에 배치되는 상기 음파송수신부(14)에 의해 확실하게 송수신될 수 있다.
다음으로, 실시예2에 따른 유량측정장치(100)을 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 실시예1에 따른 상기 유량측정장치(10)와 동일한 구성요소는 같은 참조번호를 사용하여 표시되며, 그 특징의 상세한 설명은 생략된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실시예2에 다른 상기 유량측정장치(100)는 댐핑부재(음파차단부재)(106)가 상기 검출부(102a,102b)를 이루는 상기 커버부재(104)와 상기 하우징(12)의 상기 확경부(28a,28b) 사이에 배치되는 점에서 실시예1과 다르다. 소정 길이의 간극(108)이 상기 커버부재(104)의 외주면과 상기 확경부(28a,28b)의 내주면 사이에 형성된다.
상기 댐핑부재(106)는 예를 들어, 고무와 같은 탄성재료로 형성되고, 상기 탄성부재(106)는 원통형상을 가진다. 상기 댐핑부재(106)는 상기 커버부재(104)의 외주면과 상기 확경부(28a,28b)의 내주면 사이에 배치된다.
상기 댐핑부재(106)는 그 내주면과 외주면이 상기 커버부재(104)와 상기 주몸체부(18)과 각각 면접촉하도록 배치된다. 그러므로, 상기 커버부재(104)는 상기 하우징(12)과 직접 접촉하지 않게 된다. 상기 커버부재(104)는 그 사이에 개재된 상기 댐핑부재(106)로 상기 하우징(12) 내에서 지지된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 커버부재(104)의 외주경(D1)은 상기 통로(26)의 부분을 이루는 상기 확경부(28a,28b)의 내주경(D2)보다 작다(D1<D2). 상기 커버부재(104)의 외주면과 상기 확경부(28a,28b)의 내주면 사이에 소정 길이의 간극(108)이 형성된다. 다시 말하면, 상기 커버부재(104)는 소정의 거리로 상기 확경부(28a,28b)로부터 이격되서, 상기 커버부재(104)의 타단은 상기 확경부(28a,28b)와 접촉하지 않게 된다. 유사하게, 상기 음파송수신부(14)의 외주경(D3)은 상기 확경부(28a,28b)의 외주경(D2)보다 작게 설계된다(D3<D2).
상기 확경부(28a,28b)와 면하는 간극(108)이 상술한 바와 같이, 상기 커버부재(40)와 상기 확경부(28a,28b) 사이에 배치된다. 따라서, 상기 커버부재(40)는 상기 통로(26)와 상기 확경부(28a,28b)를 포함하는 상기 하우징(12)와 접촉이 방지된다. 그러므로, 상기 하우징(12)으로부터 상기 검출부(16a,16b)까지 간섭음파신호(interfering sonic wave)의 전파를 막을 수 있다.
상기 커버부재(40)는, 사이에 개재되는 탄성재료를 가지는 상기 댐핑부재(106)으로 상기 하우징(12) 내에 지지된다. 그러므로, 수신하고자 하는 고유의 음파와 다른 간섭음파신호가 상기 댐핑부재(106)에 의해 적절히 차단되서, 상기 하우징(12)으로부터 상기 커버부재(40)까지 간섭음파신호의 전파를 막게 된다. 그러므로, 이러한 간섭음파신호가 일측의 음파송수신부(14)로부터 송신되어 상기 커버부재(40)를 경유하여 상기 하우징(12)에 전파되는 것에 의해 발생되는 문제를 막을 수 있다. 내부로 액체가 흐르는 상기 통로(26)에 전파된 음파신호만이 상기 타측의 음파송수신부(14)에 의해 확실히 수신될 수 있다. 따라서, 이러한 음파신호에 기초하여 유량을 고정밀도로 측정하는 것이 가능하다.
상기 하우징(12)이 금속재료로 형성될 때, 상기 측정관(2)이 플라스틱으로 형성된 종래기술의 유량측정장치(1)와 비교하면, 그 강도가 증가할 수 있다. 그러 므로, 액체가 상기 하우징(12) 내에 형성된 상기 통로(26), 상기 공급통로(30), 및 상기 토출통로(32)를 흐를 때조차, 액체의 유량은 실시예2에 따른 상기 유량측정장치(100)를 사용하여 적절히 측정될 수 있다.
또한, 상기 커버부재(40)의 외주경(D1)과 상기 음파송수신부(14)의 외주경(D3)은 상기 확경부(28a,28b)의 내주경(D2)보다 작게 설계된다(D1,D3<D2). 따라서, 음파신호는 상기 음파송수신부(14)로부터 상기 확경부(28a,28b) 내로 적절히 송신될 수 있다. 또한, 전파된 음파신호는 상기 확경부(28a,28b)를 경유하여 상기 음파송수신부(14)에 의해 적절히 수신될 수 있다. 그러므로, 액체의 유량은 상기 음파신호에 기초하여 확실있게 고정밀도로 측정될 수 있다. 다시 말해, 도 7에 도시된 종래기술에 따른 상기 유량측정장치(1)의 경우에, 상기 제1 및 제2측정헤드(5,6)의 외주경이 상기 측정관(2)에 형성된 통로의 내주경보다 크다. 그러므로, 상기 통로 내에 액체를 경유하여 젼파되는 음파신호는 상기 제1 및 제2 측정헤드(5,6)에 의해 확실하게 수신할 수 없게 된다.
상술한 바와 같이, 상기 확경부(28a,28b)의 내주경(D2)과 상기 음파송수신부(14)의 외주경(D3) 사이의 관계는 실시예2에 따른 상기 유량측정장치(100)에 한정되지 않는다. 상기 내주경(D2)와 상기 외주경(D3) 사이의 관계는 댐핑부재(106)이 없는 실시예1에 따른 상기 유량측정장치(10)에서도 동등하게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 유량측정장치(10)에서도, 음파신호는 상기 음파송수신부(14)로부터 상기 확경부(28a,28b)까지 적절히 송신될 수 있다. 또한, 전파된 음파신호는 상기 확경부(28a,28b)를 경유하여 상기 음파송수신부(14)에 의해 적절히 수진될 수 있 다.
본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 상세히 설명되었지만, 청구항의 범위를 이탈하지 않으면 다양한 변경이나 변형이 가능하다는 것을 이해하여야 한다.