KR20110017333A - 크로스콜러레이션 측정방식을 이용한 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체의 수위를 다수의 영역으로 분획하고, 상기 각 영역에 초음파를 투사하여, 각 영역내에 존재하는 입자로부터 반사된 반사신호를 크로스콜러레이션 측정방식으로 분석하여 각 영역의 유속을 측정한 다음, 각 영역의 유속을 분석하고 조합하여, 전체적인 유체의 유속정보를 그래프의 형태로 나타내는 유량계 및 상기 유량계를 사용하여 전체적인 유체의 유량 및 흐름을 가시화하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 유량계는 수위측정센서, 제 1연산자, 유속측정센서 및 데이터 전달기를 포함하는 계측부; 제 2연산자 및 디스플레이를 포함하는 변환부; 및, 데이터 전송부를 포함한다. 본 발명의 유량계를 이용하면, 전체적인 유체의 유량 및 흐름을 가시적으로 확인할 수 있으므로, 보다 효과적인 유체의 흐름감지에 널리 활용될 수 있을 것이다.

유량계, 크로스콜러레이션, 유체의 흐름감지

Description

크로스콜러레이션 측정방식을 이용한 유량계{A Flowmeter with Cross-Correlation Measurement}

본 발명은 크로스콜러레이션 측정방식(cross-correlation measurement)을 이용한 유량계에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 유체의 수위를 다수의 영역으로 분획하고, 상기 각 영역에 초음파를 투사하여, 각 영역내에 존재하는 입자로부터 반사된 반사신호를 크로스콜러레이션 측정방식으로 분석하여 각 영역의 유속을 측정한 다음, 각 영역의 유속을 분석하고 조합하여, 전체적인 유체의 유속정보를 그래프의 형태로 나타내는 유량계 및 상기 유량계를 사용하여 전체적인 유체의 유량 및 흐름을 가시화하는 방법에 관한 것이다.

상하수도를 설치하는 경우를 비롯하여, 도시가스의 공급, 송유관을 통한 원유의 이송, 농업용수를 위한 개수로의 설치 및 철강, 화학, 석유화학 분야의 냉각수의 순환과 같이 가스나 액체 등 유체를 이용하는 분야는 수없이 많은데, 그 중에는 유체의 유량을 조절하여 관리하는 것을 중요하게 취급하고 있다.

일반적으로, 유체의 유량관리가 중요한 산업현장에서는 유량계를 사용하여 유량관 내의 유량을 측정하고 있는데, 일반적으로 초음파 센서를 이용한 초음파 도플러(Doppler) 측정방법, 전자기 센서를 이용한 측정방법, 레이더식 측정방법 등이 사용되고 있다. 초음파 도플러 측정방법은 초음파 센서를 이용하여 유체내에 존재하는 입자들에 초음파를 투사하고 반사되는 신호를 시간에 따라 기록하고, 입자의 시간에 따른 이동 거리를 유속으로 연산하여, 유체의 유량을 측정하는 방법이고, 전자기 센서를 이용한 측정방법은 전자기장을 투사하는 다수의 센서를 이용하여 각 센서로부터 측정되는 유체 내에 존재하는 측정 매체의 시간의 변화에 따른 상대적인 위치를 종합하여 유체의 유량을 측정하는 방법이며, 레이더식 측정방법은 레이더식 속도센서를 이용하여 유체 표면의 흐름을 시간의 변화에 따른 상대적인 위치를 종합하여 유체의 유량을 측정하는 방법으로 알려져 있다.

유량을 측정하는 방법의 구체적인 예로는, 특허등록 제 170815호에는 하나의 초음파 발사변환기와 다수의 수신용 초음파 변환기를 포함하는 초음파 다회선 유량계 및 이를 이용하여 유량을 측정하는 방법이 개시되어 있고, 실용신안등록 제 431977호에는 원터치 방식의 SMB 커넥터를 적용한 구조, 분리형의 플러그를 적용한 구조, SMB 콘넥터와 하우징 간의 체결식 조립구조 등을 포함하는 초음파 유량계 및 이를 이용하여 유량을 측정하는 방법이 개시되어 있으며, 특허등록 제 791319호에는 초음파 도플러 유속 센서에 의한 유체의 평균 유속을 측정하고, 압력식 수위 센서로 측정한 수위를 근거로 유체의 단면적을 산출하여, 하수유량을 측정할 수 있는 초음파 도플러 유량계 및 이를 이용하여 유량을 측정하는 방법이 개시되어 있다.

통상적으로, 유동하는 유체의 표층부, 중간부 및 심층부에서의 유속이 서로 상이함에도 불구하고, 상술한 종래의 방법들은 유체내에 존재하는 특정 입자의 시간에 따른 위치변화를 측정하고, 이로부터 유체의 속도를 산출할 뿐이므로, 종래의 방법을 사용할 경우에는 유량의 측정시 오차율이 높고, 유체의 흐름을 파악하는 것은 불가능하다는 단점이 있었다.

이에, 본 발명자는 유량의 측정시 오차율을 감소시키고, 유체의 흐름을 파악할 수 있는 방법을 개발하기 위하여 예의 연구노력한 결과, 초음파를 이용하여 유량의 수위를 측정하고, 이를 다수의 영역으로 균등분할하며, 각 영역에 초음파를 투사하여 상기 각 영역내에 존재하는 다수의 대상물로부터 반사된 반사신호를 크로스콜러레이션 측정방식(cross-correlation measurement)으로 분석하여 각 영역의 유속을 산출한 다음, 상기 각 영역의 유속을 분석하고 조합하여, 유체수위의 최상단부터 최하단에 이르도록 순차적으로 배열하여 전체적인 유체의 유속정보를 그래프의 형태로 나타낼 수 있도록, 수위측정센서, 제 1연산자, 유속측정센서 및 데이터 전달기가 구비된 계측부, 제 2연산자 및 디스플레이가 구비된 변환부 및 데이터 전송부로 구성된 유량계를 사용할 경우, 유량의 측정시 오차율을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 유체의 흐름을 가시화할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

결국, 본 발명의 주된 목적은 계측부, 변환부 및 데이터 전송부로 구성된 유량계를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 유량계를 사용하여 전체적인 유체의 유량 및 흐름을 가시화하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 유량계는 (ⅰ) 유체의 표면을 향하여 수직방향으로 초음파를 투사하고 유체의 표면에서 반사된 초음파를 수신함으로써 유체의 수위를 측정하는 수위측정센서(11), 상기 수위측정센서와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 측정된 수위를 16개의 균일한 영역으로 분할하며, 분할된 각 영역의 유속을 측정하기 위하여 각 영역에 초음파를 투사하고, 초음파 도플러 방식으로 반사신호를 수신하도록 지시하며, 상기 반사신호를 크로스콜러레이션 측정방식(cross-correlation measurement)으로 분석하여 유속을 산출하는 제 1연산자(12), 상기 제 1연산자와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 제 1연산자의 지시에 의하여 상기 각 영역에 초음파를 투사하며, 초음파 도플러 방식으로 반사신호를 수신하여 제 1연산자로 전달하는 유속측정센서(13) 및, 상기 제 1연산자와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 제 1연산자에서 산출된 각 영역의 유속을 각각의 전기적 신호로 변환시키며, 변환된 각각의 전기적 신호를 전달하는 데이터 전달기(14)를 포함하는 계측부(10); (ⅱ) 상기 계측부(10)의 데이터 전달기(14)와 전 기적으로 연결되어, 상기 데이터 전달기(14)에서 전달된 각각의 전기적 신호를 하기 변환부의 제 2연산자에 유선 또는 무선방식으로 전송하는 데이터 전송부(30); 및, (ⅲ) 상기 데이터 전송부(30)에서 전송되는 각각의 전기적 신호를 유선 또는 무선방식으로 수신할 수 있도록 구비되고, 상기 전기적 신호를 각 영역의 유속으로 변환시키며, 상기 각 영역의 유속을 분석하여, 평균 유속, 최대 유속 및 유량을 산출하고, 상기 각 영역의 유속을 조합하여, 유체수위의 최상단부터 최하단에 이르도록 순차적으로 배열함으로써, 전체적인 유체의 유속정보를 완성한 다음, 이를 하기 디스플레이로 전달하는 제 2연산자(21) 및, 상기 제 2연산자와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 제 2연산자로부터 전달된 전체적인 유체의 유속정보를 가시적인 그래프의 형태로 나타내는 디스플레이(22)를 포함하는 변환부(20)를 포함한다.

이때, 상기 수위측정센서 및 유속측정센서는 자동 세정기를 추가로 포함할 수도 있고, 디스플레이는 특별히 이에 제한되지 않으나, 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT-LCD)를 사용함이 바람직하며, 측정된 각 영역의 유속 및 디스플레이에 표현된 그래프를 저장하는 저장부를 추가로 포함할 수도 있고, 상기 데이터 전송부는 특별히 이에 제한되지 않으나, 각 영역의 유속신호를 유선 또는 무선방식으로 제 2연산자에 전달하도록 구성됨이 바람직하며, 보다 바람직하게는 TCP/IP 통신방식의 무선방식으로 제 2연산자에 전달하도록 구성한다.

아울러, 하나의 계측부에 다수의 데이터 전송부 및 변환부가 구비될 수도 있고, 하나의 변환부에 다수의 데이터 전송부 및 계측부가 구비될 수도 있다.

한편, 상기 유량계를 이용하여 전체적인 유체의 유량 및 흐름을 가시화하는 방법은 (ⅰ) 상기 유량계의 계측부를 유체가 흐르는 통로의 바닥에 위치시키는 단계; (ⅱ) 상기 계측부의 수위측정센서를 통하여, 유체의 수위를 측정하는 단계; (ⅲ) 상기 계측부의 제 1연산자를 통하여, 상기 측정된 수위를 16개의 영역으로 균등하게 분할하고, 상기 분할된 각 영역에 초음파를 투사하도록 계측부의 유속측정센서에 지시하는 단계; (ⅳ) 상기 유속측정센서를 통하여, 상기 지시에 따라 분할된 각 영역에 초음파를 투사하고, 상기 각 영역내에 존재하는 다수의 입자로부터 반사된 각각의 반사신호를 상기 제 1연산자에 전달하는 단계; (ⅴ) 상기 제 1연산자를 통하여, 상기 전달된 각각의 반사신호를 크로스콜러레이션 측정방식으로 분석하여, 상기 분할된 각 영역의 유속을 산출하고, 이를 계측부의 데이터 전달기에 전달하는 단계; (ⅵ) 상기 데이터 전달기를 통하여, 상기 전달된 각 영역의 유속을 각각의 전기적 신호로 변환시키고, 이를 유량계의 데이터 전송부로 전달하는 단계; (ⅶ) 상기 데이더 전송부를 통하여, 상기 전달된 전기적 신호를 유선 또는 무선방식으로 유량계의 변환부에 포함된 제 2연산자로 전송하는 단계; (ⅷ) 상기 제 2연산자를 통하여, 전송된 전기적 신호를 각 영역의 유속으로 변환시키고, 상기 각 영역의 유속을 분석하여, 평균 유속, 최대 유속 및 유량을 산출하며, 상기 각 영역의 유속을 조합하여, 유체수위의 최상단부터 최하단에 이르도록 순차적으로 배열함으로써, 전체적인 유체의 유속정보를 완성한 다음, 이를 디스플레이에 전달하는 단계; 및, (ⅸ) 상기 디스플레이를 통하여, 상기 전달된 전체적인 유체의 유속정보를 그래프의 형태로 나타내는 단계를 포함한다.

본 발명의 유량계를 이용하면, 전체적인 유체의 유량 및 흐름을 가시적으로 확인할 수 있으므로, 보다 효과적인 유체의 흐름감지에 널리 활용될 수 있을 것이다.

본 발명자는 전체적인 유체의 유량 및 흐름을 파악할 수 있는 방법을 개발하기 위하여 다양한 연구를 진행하던 중, 유체를 수위에 따라 다수의 영역으로 분할하고, 가시적으로 확인할 수 있도록 각 분할된 영역의 유속을 그래프의 형태로 나타낼 경우, 사용자가 가장 용이하게 전체적인 유체의 유량 및 흐름을 파악할 수 있음을 알 수 있었다.

이를 위하여는, 유체의 수위를 정확하게 측정하고, 이를 균등하게 다수의 영역으로 분할한 다음, 상기 분할된 영역의 유속을 측정하고, 측정된 각 영역의 유속을 조합하여 전체적인 그래프의 형태로 나타낼 수 있는 방법의 개발이 요구되었다.

이에, 본 발명자는 유체의 수위를 정확하게 측정하기 위하여, 종래에 사용되었던 압력식 수위계 대신에 초음파를 이용한 수위측정센서를 사용하고; 측정된 수위를 균등하게 다수의 영역으로 분할한 다음, 상기 분할된 영역에 초음파를 투사하고 상기 각 영역내에 존재하는 다수의 대상물로부터 반사된 각각의 반사신호를 초 음파 도플러 방식으로 수신하며, 상기 수신된 각각의 반사신호를 크로스콜러레이션 측정방식으로 분석하여 유속을 산출하기 위하여, 유속측정센서 및 제 1연산자를 사용하였으며; 측정된 각 영역의 유속을 조합하여 전체적인 그래프의 형태로 나타내기 위하여, 제 2연산자 및 디스플레이를 사용하였다. 아울러, 상기 분할한 영역의 수를 변화시키면서 연구한 결과, 유체의 수위를 16개의 영역으로 분할하는 것이 가장 바람직 함을 확인할 수 있었다.

상기 수신된 각각의 반사신호를 분석하는 크로스콜러레이션 측정방식은 목적하는 유체내로 초음파를 투사하고, 유체내에 존재하는 다수의 대상물로부터 반사된 각각의 반사신호를 수신하여 상기 초음파를 반사하는 유체내 입자의 위치를 표시하며, 상기 각 대상물의 위치를 내부메모리에 저장하고, 이후 시간의 변화에 따른 상기 각 대상물의 위치변화를 지속적으로 저장하며, 시간의 변화에 따른 상기 각 대상물의 위치변화량을 분석하여 상기 각 대상물의 속도를 산출한 다음, 통계적으로 비정상적인 값을 나타내는 속도를 제외하고, 유의한 값을 나타내는 속도의 평균값을 구하여 이를 유체의 유속으로 결정하는 기술이다(참조: 대한민국 특허공개 제 1991-17172호).

종래에는, 유속을 측정하기 위하여, 초음파를 이용하여 목적하는 유체내에 존재하는 단일 대상물의 속도를 측정하고, 상기 측정된 속도를 유속으로 결정하는 방법을 사용하였으나, 유체내에 존재하는 대상물의 위치, 대상물의 물성 등에 의하여 오차율이 높아진다는 문제점이 있었기 때문에, 본 발명자들은 상기 크로스콜러 레이션 측정방식을 이용하여, 상기 문제점을 해결하였다. 구체적으로, 크로스콜러레이션 측정방식은 유체내에 존재하는 다수의 대상물의 속도를 각각 측정하고, 이 중에서 통계적으로 비정상적인 속도를 나타내는 대상물을 제외하기 때문에, 대상물의 위치 및 물성 등에 의하여 오차율이 높아지는 것을 방지할 수 있어, 종래에 사용되었던 방법의 문제점을 해결할 수 있다.

결국, 유체의 수위를 16개의 영역으로 균등하게 분할하고, 상기 각 영역의 유속을 측정한 다음, 이를 분석하고 조합하여 전체적인 유체의 유속정보를 그래프의 형태로 나타낼 수 있는 유량계를 사용함으로써, 전체적인 유체의 유량 및 흐름을 파악할 수 있었다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 관련하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 유량계의 구성을 나타내는 모식도이다.

도 1에서 보듯이, 본 발명의 유량계는 수위측정센서(11), 제 1연산자(12), 유속측정센서(13) 및 데이터 전달기(14)를 포함하는 계측부(10); 제 2연산자(21) 및 디스플레이(22)를 포함하는 변환부(20); 및, 데이터 전송부(30)를 포함한다.

전체적으로, 본 발명의 유량계는 상기 계측부(10)와 변환부(20)의 사이에 데 이터 전송부(20)가 구비되도록 구성되고, 상기 계측부(10)는 유체가 흐르는 통로의 바닥에 장착되고, 상기 변환부(20)는 사용자가 디스플레이(22)에 나타나는 그래프를 가시적으로 확인할 수 있는 위치에 구비된다.

본 발명의 유량계의 계측부(10)는 수위측정센서(11), 제 1연산자(12), 유속측정센서(13) 및 데이터 전달기(14)를 포함하며, 이들을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 수위측정센서(11)는 유체의 수위를 측정하는 구성요소로서, 초음파를 수직으로 조사하고 유체의 표면에서 반사되는 초음파를 수신하여, 이동시간을 측정함으로써 유체의 수위를 측정하는 장치이다. 종래에는 유체로부터 가하여지는 압력을 측정하는 압력계를 사용하여 유체의 수위를 측정하였으나, 유체의 비중이 변화될 경우 정확한 수위를 측정할 수 없다는 단점이 있었으므로, 이를 해소하기 위하여 유체의 비중에 의하여 영향을 받지 않는 초음파를 이용하여 수위를 측정하는 수위측정센서(11)를 구비하였다.

상기 제 1연산자(12)는 상기 수위측정센서(11)로부터 측정된 수위를 16개의 균등한 영역으로 분할하고, 분할된 각 영역에 초음파를 투사하며, 초음파 도플러 방식으로 반사신호를 수신하고, 수신된 반사신호를 제 1연산자(12)로 전달하도록 유속측정센서(13)에 지시하는 역할을 수행한다. 아울러, 하기의 유속측정센서(13)로부터 전달된 각각의 반사신호를 크로스콜러레이션 측정방식으로 분석하여, 각각의 유속으로 산출하는 장치이다.

상기 유속측정센서(13)는 상기 제 1연산자(12)의 지시에 따라, 상기 분할된 각 영역의 유속을 측정하는 구성요소로서, 유체내에 존재하는 입자들에 초음파를 투사하고 반사되는 신호를 초음파 도플러 방식으로 수신하고, 상기 반사신호를 상기 제 1연산자에 전달하는 장치이다.

상기 데이터 전달기(14)는 상기 제 1연산자(12)에서 산출된 각 영역의 유속을 각각의 전기적 신호로 변환시키고, 변환된 각각의 전기적 신호를 데이터 전송부(30)로 전달하는 장치이다.

다음으로, 본 발명의 유량계의 데이터 전송부(30)는 상기 계측부(10)의 데이터 전달기(14)로부터 전달된 각각의 전기적 신호를 변환부(20)로 전송하는 역할을 수행하는 장치이다. 이때, 바람직하게는 유선방식으로 전기적 신호를 전송하지만, 경우에 따라서는 무선방식으로 전기적 신호를 전송할 수도 있고, 이처럼 무선방식으로 전기적 신호를 전달할 경우에는, TCP/IP 통신방식으로 전달함이 바람직하다.

끝으로, 본 발명의 유량계의 변환부(20)는 제 2연산자(21) 및 디스플레이(22)를 포함하며, 이들을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 제 2연산자(21)는 상기 데이터 전송부(30)로부터 전송된 각각의 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 각 영역의 유속으로 변환시키며, 상기 각 영역의 유속을 분석하여, 평균 유속, 최대 유속 및 유량을 산출하고, 상기 각 영역의 유속을 조합하여, 유체수위의 최상단부터 최하단에 이르도록 순차적으로 배열함으 로써, 전체적인 유체의 유속정보를 완성한 다음, 이를 디스플레이(22)에 전달하는 장치이다.

상기 디스플레이(22)는 상기 제 2연산자(21)로부터 전달된 전체적인 유체의 유속정보를 수신하여 사용자가 이를 가시적으로 확인할 수 있도록 그래프의 형태로 나타내는 장치로서, 바람직하게는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT-LCD)를 사용한다.

본 발명의 다른 실시태양에 의하면, 측정된 각 영역의 유속 및 디스플레이에 표현된 그래프를 저장하는 저장부를 추가로 포함할 수도 있다. 바람직하게는 저장부로서 USB 메모리를 사용할 수 있는데, 변환부(20)의 일측단에 USB 단자를 구비하여, 대용량의 탈착 가능한 USB 메모리를 직접 연결하여 사용할 수 있게 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시태양에 의하면, 하나의 변환부(20)에 컨트롤 패널을 구비하고, 다수의 계측부(10)로부터 연결된 다수의 데이터 전송부(30)를 연결하여 하나의 변환부(20)에서 다수의 계측부(10)로부터 얻어진 전체적인 유체의 유속정보를 가시적으로 확인하도록 구성될 수도 있다. 이러한 경우, 상기 변환부는 상기 컨트롤 패널에 의하여 제어되는 다수의 채널을 포함하며, 상기 각 채널에 각각의 데이터 전송부(30)가 연결되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시태양에 의하면, 하나의 계측부(10)에 다수의 채널을 포함하도록 구성하고, 상기 각 채널에 각각의 변환부(20)가 연결된 다수의 데이터 전송부(30)를 연결하여, 상기 계측부(10)로부터 얻어진 전체적인 유체의 유속정보를 다수의 사용자가 동시에 가시적으로 확인할 수 있도록 구성될 수도 있다

본 발명의 또 다른 실시태양에 의하면, 사용자의 편의를 위하여, 자동 세정기를 추가로 포함할 수도 있다.

본 발명의 유량계의 계측부(10)의 수위측정센서(11) 및 유속측정센서(13)의 표면에 유체로부터 유래된 이물질이 누적되면, 상기 각 센서의 작동에 오류가 발생하게 되므로, 각 센서 표면의 이물질을 제거할 수 있도록 자동 세정기를 구비할 수도 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 유량계를 이용하여 전체적인 유체의 유량 및 흐름을 가시화하는 방법을 첨부된 도면과 관련하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 유량계를 이용하여, 전체적인 유체의 유량 및 흐름을 가시화하는 방법을 모식적으로 나타낸 흐름도이다.

도 2에서 보듯이, 본 발명의 유량계에 포함된 수위측정센서를 이용하여 유체의 수위를 측정하고, 측정된 수위를 제 1연산자에 전달하며, 제 1연산자를 이용하 여 전달된 수위를 16개의 영역으로 등분하고, 각 영역의 유체에 초음파를 투사할 것을 유속측정센서에 지시하며, 유속측정센서를 이용하여 상기 지시에 따라 각 영역의 유체에 초음파를 투사하고, 유체내에 존재하는 다수의 대상물로부터 반사되는 각각의 반사신호를 수신하여 제 1연산자에 전달하며, 제 1연산자를 이용하여 전달된 반사신호로부터 각 영역의 유속을 산출하여 이를 데이터 전달기에 전달하고, 데이터 전달기를 이용하여 산출된 각 영역별 유속을 데이터 전송부에 전달하고, 데이터 전송부를 이용하여 상기 전달된 각 영역별 유속을 변환부의 제 2연산자에 전송하며, 제 2연산자를 이용하여 전달된 각 영역별 유속을 전체적인 유체의 유속정보로 변환시켜 디스플레이에 전달하고, 디스플레이를 이용하여 전체적인 유체의 유속정보를 그래프의 형태로 나타낸다.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시태양에 따르면, 수위측정센서(11), 제 1연산자(12), 유속측정센서(13) 및 데이터 전달기(14)를 포함하는 계측부(10); 제 2연산자(21) 및 디스플레이(22)를 포함하는 변환부(20); 및, 데이터 전송부(30)로 구성된 유량계를 사용하여, 다음과 같이 유체의 유량을 가시적으로 확인할 수 있다.

목적하는 유체가 흐르는 통로의 바닥에 유량계의 계측부(10)를 설치하고 작동시키면, 계측부(10)의 수위측정센서(11)에 의하여 유체의 수위가 측정된 다음 측정된 수위는 제 1연산자(12)로 전달된다. 상기 제 1연산자(12)는 전달된 수위를 16개의 영역으로 균등하게 분할하고, 분할된 각 영역으로 초음파를 투사하도록 하 는 신호를 유속측정센서(13)에 전달한다. 상기 제 1연산자(12)로부터 신호를 전달받은 유속측정센서(13)는 상기 분할된 각 영역으로 초음파를 투사하고, 상기 각 영역내에 존재하는 다수의 대상물로부터 반사된 각각의 반사신호를 초음파 도플러 방식으로 수신하며, 수신된 각각의 반사신호를 상기 제 1연산자(12)에 전달한다. 상기 제 1연산자(12)는 상기 전달된 각각의 반사신호를 크로스콜러레이션 측정방식으로 분석하여 각 영역의 유속을 산출하고, 산출된 각 영역의 유속을 데이터 전달기(14)에 전달한다. 상기 데이터 전달기(14)는 상기 유속측정센서(13)로부터 전달된 각 영역의 유속을 전기적인 신호로 변환시키고, 이를 데이터 전송부(30)로 전달한다.

상기 데이터 전송부(30)는 전달된 전기적인 신호를 유선 또는 무선방식으로 변환부(20)의 제 2연산자(21)로 전송한다.

상기 제 2연산자(21)는 전송된 전기적인 신호를 각 영역의 유속으로 변환시키고, 변환된 각 영역의 유속으로부터 최대 유속(V max)을 선별하며, 전체 유체의 평균 유속(V average)을 산출하고, 상기 평균유속과 유체가 흐르는 통로의 단면적을 곱하여 유량(Flux)을 산출할 뿐만 아니라, 상기 각 영역의 유속을 조합하여, 수위의 최상단부터 최하단에 이르도록 순차적으로 배열함으로써, 전체적인 유체의 유속정보를 완성한 다음, 상기 전체적인 유체의 유속정보를 디스플레이(22)에 전달한다.

도 3은 디스플레이에 표시된 전체적인 유체의 유속정보를 나타내는 그래프이 다. 도 3에서 Y축은 수위를 16개의 영역으로 균등하게 분할한 각 영역을 나타내고, X축은 각 영역의 유속을 나타내며, 그래프에 표시된 V average는 16개 영역의 유속으로부터 산출된 전체 유체의 평균 유속을 나타내고, V max는 16개 영역의 유속 중에서 최대 유속을 나타내며, Flux는 상기 V average와 유체가 흐르는 통로의 단면적을 곱하여 산출된 유량을 나타낸다.

상기 도 3에서 보듯이, 디스플레이(22)는 상기 제 2연산자(21)로부터 전달된 전체적인 유체의 유속정보를 그래프의 형태로 나타내어, 사용자가 전체적인 유체의 유량 및 흐름을 가시적으로 확인할 수 있게 한다. 아울러, 저장부가 추가로 포함된 유량계를 사용할 경우, 상기 데이터 전송부(30)로 전송받은 전기적 신호와 전체적인 유체의 유속정보를 상기 저장부에 저장하여 추후에 활용할 수도 있다.

본 발명의 다른 실시태양에 의하면, 하나의 변환부(20)에 컨트롤 패널을 추가로 구비하고, 다수의 계측부(10)로부터 연결된 다수의 데이터 전송부(30)가 상기 변환부에 연결된 형태의 유량계를 사용하여, 복수개의 유체에 대한 유체의 유량 및 흐름을 각각 가시적으로 확인함으로써, 사용자가 복수개의 유체에 대한 정보를 종합적으로 파악할 수도 있다.

구체적으로, 상기 변환부(20)에 연결된 다수의 데이터 전송부(30)에 각각의 식별번호를 할당한 다음, 추가로 구비된 컨트롤 패널을 이용하여, 상기 식별번호에 해당하는 데이터 전송부(30)로부터 전달된 전기적 신호를 분석하여 얻어진 유체의 수위별 유속정보를 디스플레이(22)에 그래프의 형태로 나타냄으로써, 사용자가 다수의 유체에 대한 정보를 종합적으로 분석할 수 있게 한다.

본 발명의 또 다른 실시태양에 의하면, 하나의 계측부(10)에 각각의 변환부(20)가 연결된 다수의 데이터 전송부(30)를 연결된 형태의 유량계를 사용하여, 목적하는 유체에 대한 유체의 유량 및 흐름을 다수의 사용자가 동시에 가시적으로 확인함으로써, 상기 유체의 데이터를 분석함에 있어 오류의 발생을 방지할 수도 있다.

구체적으로, 상기 계측부(10)에 연결된 다수의 데이터 전송부(30)를 통하여 다수의 변환부(20)에 상기 계측부(10)에서 측정된 각 영역별 유속을 변환시킨 전기적 신호를 발송함으로써, 다수의 사용자가 목적하는 유체의 수위별 유속정보를 가시적으로 확인할 수 있게 한다.

본 발명의 또 다른 실시태양에 의하면, 계측부(10)에 자동 세정기가 추가로 구비된 형태의 유량계를 사용하여, 목적하는 유체의 수위별 유속정보의 오류를 방지할 수도 있다.

본 발명의 유량계의 계측부(10)의 수위측정센서(11) 및 유속측정센서(13)는 그의 표면이 유체에 직접적으로 노출되기 때문에, 유체로부터 유래된 이물질이 상기 각 센서의 표면에 누적될 수도 있고, 이처럼 이물질이 각 센서의 표면에 누적되면, 상기 각 센서의 작동에 오류가 발생하여, 목적하는 유체의 수위별 유속정보에 오류가 발생할 수도 있다.

이를 방지하기 위하여, 각 센서의 표면에 누적되는 이물질을 제거할 수 있는 자동 세정기를 계측부(10)에 추가로 구비할 수도 있다. 예를 들어, 압축공기 발생장치, 노즐 및 메인 처리장치로 구성된 자동 세정기를 구비할 수 있는데, 일정한 주기에 따라 메인 처리장치에서 제어된 신호에 의하여 센서 압축공기 발생장치로부터 압축공기가 생성되어 노즐을 통해 압축공기를 각 센서의 표면에 분사되며, 분사된 압축공기에 의하여 각 센서의 표면에 누적된 이물질을 제거할 수 있다.

이상, 본 발명의 유량계를 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 그 발명의 기술범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 사상이나 범주로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 유량계의 모식도이다.

도 2는 본 발명의 유량계를 이용하여, 전체적인 유체의 유량 및 흐름을 가시화하는 방법을 모식적으로 나타낸 흐름도이다.

도 3은 디스플레이에 표시된 전체적인 유체의 유속정보를 나타내는 그래프이다.

Claims (5)

1. (ⅰ) 유체의 표면을 향하여 수직방향으로 초음파를 투사하고 유체의 표면에서 반사된 초음파를 수신함으로써 유체의 수위를 측정하는 수위측정센서(11), 상기 수위측정센서와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 측정된 수위를 16개의 균일한 영역으로 분할하며, 분할된 각 영역의 유속을 측정하기 위하여 각 영역에 초음파를 투사하고, 초음파 도플러 방식으로 반사신호를 수신하도록 지시하며, 상기 반사신호를 크로스콜러레이션 측정방식(cross-correlation measurement)으로 분석하여 유속을 산출하는 제 1연산자(12), 상기 제 1연산자와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 제 1연산자의 지시에 의하여 상기 각 영역에 초음파를 투사하며, 초음파 도플러 방식으로 반사신호를 수신하여 제 1연산자로 전달하는 유속측정센서(13) 및, 상기 제 1연산자와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 제 1연산자에서 산출된 각 영역의 유속을 각각의 전기적 신호로 변환시키며, 변환된 각각의 전기적 신호를 전달하는 데이터 전달기(14)를 포함하는 계측부(10);

   (ⅱ) 상기 계측부(10)의 데이터 전달기(14)와 전기적으로 연결되어, 상기 데이터 전달기(14)에서 전달된 각각의 전기적 신호를 하기 변환부의 제 2연산자에 유선 또는 무선방식으로 전송하는 데이터 전송부(30); 및,

   (ⅲ) 상기 데이터 전송부(30)에서 전송되는 각각의 전기적 신호를 유선 또는 무선방식으로 수신할 수 있도록 구비되고, 상기 전기적 신호를 각 영역의 유속으로 변환시키며, 상기 각 영역의 유속을 분석하여, 평균 유속, 최대 유속 및 유량을 산 출하고, 상기 각 영역의 유속을 조합하여, 유체수위의 최상단부터 최하단에 이르도록 순차적으로 배열함으로써, 전체적인 유체의 유속정보를 완성한 다음, 이를 하기 디스플레이로 전달하는 제 2연산자(21) 및, 상기 제 2연산자와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 제 2연산자로부터 전달된 전체적인 유체의 유속정보를 그래프의 형태로 나타내는 디스플레이(22)를 포함하는 변환부(20)를 포함하는, 유량계.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1연산자의 지시에 의하여, 유속측정센서는 상기 각 영역에 초음파를 투사하고, 유체내에 존재하는 다수의 입자로부터 반사된 각각의 반사신호를 수신하여 제 1연산자로 전달하며, 상기 제 1연산자는 시간의 변화에 따른 상기 각 입자의 위치변화량을 분석하여 상기 각 입자의 속도를 산출한 다음, 통계적으로 비정상적인 값을 나타내는 속도를 제외하고, 유의한 값을 나타내는 속도의 평균값을 구하여 이를 유체의 유속으로 결정하는 크로스콜러레이션 측정방식으로 유체의 유속을 산출하는 것을 특징으로 하는

   유량계.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 변환부에 전기적으로 연결되도록 구비되어, 측정된 각 영역의 유속 및 디스플레이에 표시되는 그래프를 저장할 수 있는 저장부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

   유량계.
4. 제 1항에 있어서,

   하나의 계측부에 다수의 데이터 전송부 및 변환부가 구비되거나 또는 하나의 변환부에 다수의 데이터 전송부 및 계측부가 구비되는 것을 특징으로 하는

   유량계.
5. (ⅰ) 제 1항에 개시된 유량계의 계측부를 유체가 흐르는 통로의 바닥에 위치시키는 단계;

   (ⅱ) 상기 계측부의 수위측정센서를 통하여, 유체의 수위를 측정하는 단계;

   (ⅲ) 상기 계측부의 제 1연산자를 통하여, 상기 측정된 수위를 16개의 영역으로 균등하게 분할하고, 상기 분할된 각 영역에 초음파를 투사하도록 계측부의 유속측정센서에 지시하는 단계;

   (ⅳ) 상기 유속측정센서를 통하여, 상기 지시에 따라 분할된 각 영역에 초음파를 투사하고, 상기 각 영역내에 존재하는 다수의 입자로부터 반사된 각각의 반사신호를 상기 제 1연산자에 전달하는 단계;

   (ⅴ) 상기 제 1연산자를 통하여, 상기 전달된 각각의 반사신호를 크로스콜러레이션 측정방식으로 분석하여, 상기 분할된 각 영역의 유속을 산출하고, 이를 계측부의 데이터 전달기에 전달하는 단계;

   (ⅵ) 상기 데이터 전달기를 통하여, 상기 전달된 각 영역의 유속을 각각의 전기적 신호로 변환시키고, 이를 유량계의 데이터 전송부로 전달하는 단계;

   (ⅶ) 상기 데이더 전송부를 통하여, 상기 전달된 전기적 신호를 유선 또는 무선방식으로 유량계의 변환부에 포함된 제 2연산자로 전송하는 단계;

   (ⅷ) 상기 제 2연산자를 통하여, 전송된 전기적 신호를 각 영역의 유속으로 변환시키고, 상기 각 영역의 유속을 분석하여, 평균 유속, 최대 유속 및 유량을 산출하며, 상기 각 영역의 유속을 조합하여, 유체수위의 최상단부터 최하단에 이르도록 순차적으로 배열함으로써, 전체적인 유체의 유속정보를 완성한 다음, 이를 디스플레이에 전달하는 단계; 및,

   (ⅸ) 상기 디스플레이를 통하여, 상기 전달된 전체적인 유체의 유속정보를 그래프의 형태로 나타내는 단계를 포함하는, 제 1항에 개시된 유량계를 이용하여 전체적인 유체의 유량 및 흐름을 가시화하는 방법.

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