KR20110116765A - Ultrasonic flow measuring method and apparatus for canal - Google Patents

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KR20110116765A
KR20110116765A KR1020100036374A KR20100036374A KR20110116765A KR 20110116765 A KR20110116765 A KR 20110116765A KR 1020100036374 A KR1020100036374 A KR 1020100036374A KR 20100036374 A KR20100036374 A KR 20100036374A KR 20110116765 A KR20110116765 A KR 20110116765A
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장학수
유병준
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주식회사 하이드로소닉
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    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01C13/002—Measuring the movement of open water
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    • G—PHYSICS
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    • G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave

Abstract

본 발명은 초음파를 이용하여 인공개수로 기슭에서 일정한 간격을 이루는 두 지점에서의 수직평균유속들을 동시에 측정하여 그들의 평균값에 인공 개수로에서의 물 흐름 단면적과 유량계수를 곱하여 개수로에서의 유량을 연속적으로 측정하는 방법과 이 방법을 실현하는 2회선 초음파 수직평균유속 측정 장치를 제공한다.

The present invention simultaneously measures the vertical average flow rates at two points at regular intervals at the base of the artificial channel using ultrasonic waves and multiplies their average value by the cross-sectional area of the water flow in the artificial channel and the flow coefficient to continuously measure the flow rate in the channel. The present invention provides a method for measuring the temperature by two lines and an ultrasonic vertical average flow rate measuring device for realizing the method.

Description

인공 개수로용 초음파 유량측정 방법 및 장치{Ultrasonic flow measuring method and apparatus for canal}Ultrasonic flow measuring method and apparatus for artificial channel

본 발명은 인공 개수로에서의 유량을 연속적으로 초음파를 이용하여 측정하는 기술 분야에 속한다.The present invention belongs to the technical field of continuously measuring the flow rate in the artificial channel using ultrasonic waves.

개수로에서의 유량의 정의는 다음과 같다. 개수로를 따라 흘러가는 물 흐름의 단면적

Figure pat00001
에 이 단면적에 대해 직각방향을 이루는 단면 평균유속을 곱한 것을 유량
Figure pat00002
라고 한다. 수학식으로 표현하면 다음 수학식(1)과 같다.
The flow rate in the channel is as follows. Cross-sectional area of water flow along the channel
Figure pat00001
Multiplied by the cross-sectional mean flow velocity perpendicular to the cross-sectional area
Figure pat00002
It is called. Expressed in the equation (1).

수학식(1)Equation (1)

Figure pat00003

Figure pat00003

유속을 측정하여 물 흐름 단면적에 곱하여 유량을 측정하는 방법을 간단히 《유속×단면적》 유량측정 방법이라고도 하는데 이런 유량측정방법은 개수로에서의 직접적인 유량측정방법에 속하며 가장 정확도가 높은 기준유량측정방법으로 인정되고 있다. 순식간에 단면 평균유속

Figure pat00004
를 측정할 수 있는 수단이 없기 때문에 다음과 같이 《유속×단면적≫ 측정방법을 수행하고 있다.The method of measuring the flow rate by measuring the flow rate and multiplying the cross-sectional area of the water flow is referred to simply as the “flow rate × cross-sectional area” flow measurement method. This flow measurement method belongs to the direct flow measurement method in the channel and is the most accurate reference flow measurement method. It is recognized. Cross section average flow rate in an instant
Figure pat00004
Since there is no means to measure, the measurement method of `` flow rate × cross-sectional area '' is performed as follows.

도면 1에 국제적으로 채택된 《유속×단면적》유량측정방법을 설명하는 도면을 도시했다. 도면 1에서

Figure pat00005
는 물 흐름의 넓이이고,
Figure pat00006
는 넓이
Figure pat00007
를
Figure pat00008
등분한 간격이다. 즉
Figure pat00009
이다.
Figure pat00010
를
Figure pat00011
등분하는 지점들에서의 수심
Figure pat00012
를 유속측정 수직선이라고 한다. 수직선(수심)을 따라 여러 지점들에서 국부유속
Figure pat00013
를 측정한다. 만일에 국부유속(한 점에서의 유속)이 수직선을 따라 분포된 형태가 복잡할 경우에는 수심에 따르는 국부유속의 분포곡선을 작성하고 이 곡선으로 제한된 면적을 계산하여 수심으로 나누어 수직평균유속을 구한다. 도면 1에서 예를 들어 수심이
Figure pat00014
,
Figure pat00015
되는 두 수직선상의 수직평균유속
Figure pat00016
와
Figure pat00017
를 측정하고
Figure pat00018
와
Figure pat00019
그리고
Figure pat00020
로 제한된 물 흐름의 단면적
Figure pat00021
에
Figure pat00022
와
Figure pat00023
의 평균치를 곱하여 부분유량이라고 하는
Figure pat00024
를 수학식(2)로 구한다.
FIG. 1 is a view for explaining a flow rate measuring method of " flow rate × cross-sectional area " adopted internationally. In drawing 1
Figure pat00005
Is the width of the water flow,
Figure pat00006
Is the width
Figure pat00007
To
Figure pat00008
Evenly spaced. In other words
Figure pat00009
to be.
Figure pat00010
To
Figure pat00011
Depth at equal points
Figure pat00012
Is called the vertical velocity measurement line. Local velocity at various points along the vertical line (depth)
Figure pat00013
Measure If the local velocity (flow velocity at one point) is distributed along the vertical line, draw a distribution curve of the local velocity along the depth, calculate the limited area by this curve, and divide it by the depth to find the vertical average velocity. . In Figure 1, for example, the depth
Figure pat00014
,
Figure pat00015
Vertical average velocity on two vertical lines
Figure pat00016
Wow
Figure pat00017
Measure
Figure pat00018
Wow
Figure pat00019
And
Figure pat00020
Area of the water flow confined to
Figure pat00021
on
Figure pat00022
Wow
Figure pat00023
Multiply by the average of
Figure pat00024
Is obtained from Equation (2).

수학식(2) Equation (2)

Figure pat00025

Figure pat00025

여기서

Figure pat00026
는 물 흐름 부분단면적
Figure pat00027
의 평균유속이다. 이와 같이 물 흐름 넓이를
Figure pat00028
등분한 부분면적
Figure pat00029
에서의 부분유량
Figure pat00030
들을 구하여 총합을 하여 유량
Figure pat00031
를 구하고 있다. 즉
Figure pat00032
는 다음 수학식(3)으로 계산된다.
here
Figure pat00026
Water flow partial cross section
Figure pat00027
Is the average flow rate of. In this way,
Figure pat00028
Equal partial area
Figure pat00029
Partial Flow at
Figure pat00030
To sum up the flow rate
Figure pat00031
Is seeking. In other words
Figure pat00032
Is calculated by the following equation (3).

수학식(3)Equation (3)

Figure pat00033

Figure pat00033

일반적으로 개수로 형태에 따라

Figure pat00034
=12~16 정도로 선택한다. 수직평균유속
Figure pat00035
를 계산하기 위해 수직선(수심)을 따라 여러 지점에서 국부유속을 측정하는데 5지점에서 국부유속을 측정하면 충분한 정확도로 수직평균유속이 측정된다고 한다. 국부유속측정 지점 수에 따라 2지점, 3지점, 5지점 방법이라고 하는데 5지점 방법을 기본방법이라고 하고 10지점 방법을 세밀 방법이라고도 한다. 2지점, 3지점 방법을 신속 또는 간소 방법이라고 한다. 국부유속의 맥동율이 크기 때문에(~10%를 초과) 스크루형 또는 프로펠라형 국부유속계로 60초 이상 연속적으로 국부유속을 측정하여 평균치를 구하게 돼있다. 만일에
Figure pat00036
으로 선택하고 5지점 방법으로 유량을 측정하려면 국부유속만 측정하는데 소요되는 시간은 75분, 즉 1시간 15분이나 되는데 국부유속계를 해당 측정위치에 이동시키는 시간, 수심들을 측정하는 시간들을 다 합하면 2시간 이상 소요된다. 기준유량측정방법은 비교적 높은 정확도를 보장하지만 측정시간이 너무 길어서 비교적 짧은 주기로(예: 1시간에 1번씩) 유량을 측정하기도 힘들다. 준유량측정방법은 주로 개수로(하천 포함)에서 이용되는 간접적인 유량측정방법들을 교정검사 할 때 활용되고 있다. 대다수의 인공개수로는 농업용수 공급, 하수, 산업폐수 등을 일정한 지점까지 흐르게 하기 위한 것이고 유량이 자주 변하는 조건에서 정상적으로 유량과 총량을 측정할 필요성이 있다. 인공 개수로에서 연속적으로 유량을 측정하기 위해 수리(水理)학적 유량측정 시설들이 널리 이용되고 있다. 대표적인 유량측정시설이 다양한 위어들(삼각, 사각형 등등)과 플루움(벤튜리, 파아샬)들이다.Generally depending on the number and shape
Figure pat00034
Choose between 12 and 16. Vertical average velocity
Figure pat00035
The local flow velocity is measured at several points along the vertical line (depth). To calculate the local velocity at 5 points, the vertical average velocity is measured with sufficient accuracy. Depending on the number of local flow measurement points, the two-, three-, and five-point methods are called. The two- and three-point methods are called quick or simple methods. Because the pulsation rate of local flow rate is large (greater than ~ 10%), the average value is obtained by measuring the local flow rate continuously for more than 60 seconds with a screw or propeller type local flowmeter. In case
Figure pat00036
In order to measure the flow rate using the 5-point method, it takes 75 minutes, or 1 hour and 15 minutes, to measure only the local flow rate. It takes more than an hour. The reference flow measurement method guarantees a relatively high accuracy, but the measurement time is too long, making it difficult to measure the flow rate in a relatively short period (for example, once per hour). Quasi-flow measurement methods are mainly used to calibrate indirect flow measurement methods used in open waterways (including rivers). Most of the artificial waters are intended to flow agricultural water supply, sewage, industrial wastewater to a certain point, and there is a need to measure the flow rate and total amount normally in a condition where the flow rate changes frequently. Hydraulic flow measurement facilities are widely used to continuously measure flow in artificial waterways. Typical flow measurement facilities are various weirs (triangles, squares, etc.) and flues (venturis, fasals).

이와 같은 시설로 유량을 측정함에 있어 직접 측정되는 것은 수위(수두)뿐이고 측정된 수위

Figure pat00037
값을 해당 공식에 대입하여 유량을 연산하는 연산장치만 필요하며 매우 간단한 것 같이 보이지만 몇 가지 문제점들이 있다. 예를 들어 유량측정시설을 개수로에 건설해야 하는데 시설로 입류되는 접근유속, 시설 상류 측 과 하류 측의 수위 차에 대한 한계가 있어 시설 상류 측과 하류 측의 개수로를 재건설 해야 할 때도 많다. 또 시설의 시공편차 때문에 유량계산 공식에 대입되는 계수들이 맞지 않아 유량측정 오차도 증가하는 문제도 있지만 특히 수위측정 오차 때문에 유량측정 오차가 상당히 커지는 것이 일반적이다. 예를 들어 삼각형 위어와 파이샬 풀루움인 경우 수위(수두)
Figure pat00038
의 2.5승에 유량이 비례한다. 수위의 변화폭은 작다. 삼각형 위워인 경우
Figure pat00039
=5㎝~50㎝범위에서 유량측정이 가능한데 만일에
Figure pat00040
를 ±1㎝의 오차로 측정한다면
Figure pat00041
=5㎝, 50㎝의 측정 상대오차는 20%, 2%가 되고 유량측정 오차는 그의 2.5배인 40%, 5%나 된다. 현재 널리 사용되고 있는 부자식 수위계의 오차는 ±(0.5-1)㎝나 되고 특히 초음파 수위계로 현지에서 측정되는 오차는 ±1㎝를 훨씬 초과하고 있다. 따라서 유량측정시설 건설비도 크지만 유량을 비교적 정확하게 유량이 변하는 전 범위에서 측정하기 힘들다. (참고: 수두를 정확하게 측정하기 위해 예를 들어 수동으로 측정하는 훅 게이지를 이용하고 있다.) 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 개수로용 초음파 다회선 유량측정장치들이 개발되었다. 실 예를 들면 명칭 “개수로용 초음파 유량측정방법 및 장치”로 한국특허 제169091호(1998.10.08), 미국특허 제5,780,747. (1998.07.14), 일본특허 제2873443호(1998.01.14)들이 등록되어 있다.In measuring flow rates with such a facility, only the water level (water head) is measured directly and the measured water level
Figure pat00037
Only an arithmetic device is needed to calculate the flow rate by substituting the value into the formula, which looks very simple but has some problems. For example, a flow measurement facility must be constructed in a channel, but there are many limitations to the access flows entering the facility, and the difference in water level between the upstream and downstream sides of the facility. . In addition, there is a problem that the flow measurement error increases because the coefficients entered in the flow calculation formula are not correct due to the construction deviation of the facility, but the flow measurement error is generally large due to the water level measurement error. For example, in the case of a triangular weir and a final pool, the water level
Figure pat00038
The flow rate is proportional to the power of 2.5. The change in water level is small. If triangle is lower
Figure pat00039
= 5cm ~ 50cm flow rate measurement is possible
Figure pat00040
If you measure with an error of ± 1 cm
Figure pat00041
The relative error of measurement of 5 cm and 50 cm is 20% and 2%, and the flow measurement error is 40% and 5%, which is 2.5 times. Currently, the error level of the sub-water gauge is widely used is ± (0.5-1) cm, and the error measured locally by the ultrasonic level meter far exceeds ± 1cm. Therefore, although the construction cost of the flow measurement facility is high, it is difficult to measure the flow rate over the entire range where the flow rate changes relatively accurately. (Note: A manual hook gauge is used to measure head accuracy, for example.) Ultrasonic multi-line flowmeters have been developed to solve these problems. For example, Korean Patent No. 169091 (1998.10.08) and US Pat. No. 5,780,747 under the name "Method and Apparatus for Measuring Ultrasonic Flow in Channels". (1998.07.14) and Japanese Patent No. 2873443 (1998.01.14) are registered.

이와 같은 초음파 유량측정방법을 설명하는 도면을 도면 2에 도시 했다. 도면 2에서

Figure pat00042
과
Figure pat00043
,
Figure pat00044
와
Figure pat00045
,
Figure pat00046
과
Figure pat00047
……
Figure pat00048
와
Figure pat00049
는 개수로 양면 기슭을 따라 배치되는 초음파 변환기쌍 들이다. 도면 2(
Figure pat00050
)에 초음파변환기의 한 쌍인
Figure pat00051
과
Figure pat00052
의 배치상면도를 도시했다. 도면 2(
Figure pat00053
)에서
Figure pat00054
은 초음파 변환기쌍
Figure pat00055
과
Figure pat00056
간격이고
Figure pat00057
는
Figure pat00058
과 유속
Figure pat00059
의 방향과 이루어지는 각도이고
Figure pat00060
은 초음파 변환기쌍이 배치된 수심에서의 물 흐름 넓이다. (앞으로 초음파 변환기를 간단히 변환기= transducer라고 하겠다.) 변환기쌍들은 변환기쌍이 배치된 수심에서의 수평평균유속
Figure pat00061
를 측정하기 위한 것이다. 수평평균유속
Figure pat00062
측정방법은 널리 알려진 초음파 전파시간차 방법으로 측정된다.The figure explaining such an ultrasonic flow measurement method is shown in FIG. In drawing 2
Figure pat00042
and
Figure pat00043
,
Figure pat00044
Wow
Figure pat00045
,
Figure pat00046
and
Figure pat00047
… …
Figure pat00048
Wow
Figure pat00049
Are pairs of ultrasonic transducers arranged along the two-sided shoreline in number. Drawing 2 (
Figure pat00050
) Which is a pair of ultrasonic transducers
Figure pat00051
and
Figure pat00052
The top view of the arrangement is shown. Drawing 2 (
Figure pat00053
)in
Figure pat00054
Silver ultrasonic transducer pair
Figure pat00055
and
Figure pat00056
Interval
Figure pat00057
Is
Figure pat00058
And flow rate
Figure pat00059
Is the angle to the direction of
Figure pat00060
Is the water flow width at the depth where the ultrasonic transducer pair is placed. (In the future, the ultrasonic transducer will simply be referred to as transducer = transducer.) The transducer pairs have a horizontal average velocity at the depth at which the transducer pair is placed.
Figure pat00061
Is to measure. Horizontal average flow velocity
Figure pat00062
The measuring method is measured by the well-known ultrasonic propagation time difference method.

도면 2(

Figure pat00063
)를 이용하여 설명하면 다음과 같다. 변환기
Figure pat00064
에서 초음파 펄스를 발사하고 변환기
Figure pat00065
까지, 즉
Figure pat00066
간격을 초음파 펄스가 전파한 시간 를 측정한 다음 변환기
Figure pat00068
이 초음파 펄스를 발사하여 변환기
Figure pat00069
까지 전파한 시간
Figure pat00070
를 측정한다. 그리고 다음 수학식(4)에 대입하여 수평평균 유속
Figure pat00071
를 연산한다.
Drawing 2 (
Figure pat00063
In the following description, converter
Figure pat00064
To emit ultrasonic pulses from the transducer
Figure pat00065
Until
Figure pat00066
The time at which the ultrasonic pulse propagated the interval Is measured and then the transducer
Figure pat00068
Transducer by firing this ultrasonic pulse
Figure pat00069
Time to propagate
Figure pat00070
Measure Then, substitute the following equation (4), the horizontal average flow velocity
Figure pat00071
Calculate

수학식(4)Equation (4)

Figure pat00072

Figure pat00072

여기서

Figure pat00073
이다. 즉
Figure pat00074
의 사영 길이다. 유속
Figure pat00075
가 초음파 전파 시간차
Figure pat00076
에 비례한다 하여 시간차 유속측정방법 이라고 한다. (도면 2(
Figure pat00077
)에서
Figure pat00078
인데 초음파 전파 시간에 영향을 미치는 유속 성분이다.)here
Figure pat00073
to be. In other words
Figure pat00074
The projective way. Flow rate
Figure pat00075
Ultrasonic Propagation Time Difference
Figure pat00076
It is called time difference velocity measurement method in proportion to. (Drawing 2 (
Figure pat00077
)in
Figure pat00078
This is the flow rate component that affects the ultrasonic propagation time.)

이렇게 측정된 수평평균유속

Figure pat00079
에 도면 2(a)에 표시한 부분수심
Figure pat00080
과 물 흐름의 넓이
Figure pat00081
를 곱하면
Figure pat00082
층의 부분 유량
Figure pat00083
이 된다. 이런 방법으로 변환기쌍
Figure pat00084
와
Figure pat00085
,
Figure pat00086
과
Figure pat00087
,
Figure pat00088
와
Figure pat00089
,
Figure pat00090
와
Figure pat00091
로 여러 수심에서의 수평평균유속을 측정하여 해당되는 부분유량
Figure pat00092
를 계산하여 총합을 구하면 유량
Figure pat00093
가 되는 것이다. 즉 《유속×단면적》 유량측정방법으로 초음파를 이용하여 유량을 측정하게 된 것이다. (수학식3 참조) 물에서의 음속은 물의 온도, 성분에 따라 변하는데 온도가 20℃ 정도 될 때의 음속은 보통 C=1450㎧ 정도 된다. 따라서 개수로 넓이가 커서 예를 들어 50m나 되고
Figure pat00094
=45°라면
Figure pat00095
=70m나 되는데
Figure pat00096
=70m를 초음파가 전파하는 시간은 불과 0.048초 정도 된다.Horizontal average flow velocity measured in this way
Figure pat00079
Depth shown in Figure 2 (a)
Figure pat00080
And the extent of water flow
Figure pat00081
Multiply by
Figure pat00082
Partial flow of layers
Figure pat00083
Becomes Converter pairs in this way
Figure pat00084
Wow
Figure pat00085
,
Figure pat00086
and
Figure pat00087
,
Figure pat00088
Wow
Figure pat00089
,
Figure pat00090
Wow
Figure pat00091
Partial flow rate by measuring the horizontal average velocity at different depths
Figure pat00092
Calculate the sum to obtain the flow rate
Figure pat00093
To be. In other words, the flow rate × cross-sectional area is measured by using ultrasonic waves as a flow measurement method. The speed of sound in water varies depending on the temperature and composition of the water. When the temperature is about 20 ℃, the speed of sound is usually about C = 1450㎧. Therefore, the width is large, for example, 50m
Figure pat00094
= 45 °
Figure pat00095
= 70m
Figure pat00096
Ultrasonic wave propagation = 70m is only 0.048 seconds.

변환기쌍이 교대로 초음파 펄스를 발사 수신하는데 소요되는 시간은 전파시간 측정속도까지 합쳐서 0.097초 걸린다. 도면 2(a)에 도시한 것처럼 다섯 쌍의 변환기들이 다 동작하는데 소요되는 시간은 0.48초 정도 걸린다. 측정 안정도를 높이기 위하여 세 번 반복 측정하여 평균치를 구한다 하여도 1.45초 걸린다. 한마디로 유량측정이 거의 순간적으로 수행된다. 그리고 개수로를 개조할 필요도 없고 유량측정시설을 건설할 필요도 없어 매우 유리한 장점들이 있으나 이와 같은 초음파 유량측정방법이 여태껏 널리 이용되지 못하고 있다. 그의 기본 이유는 다음과 같다.The time it takes for the transducer pair to alternately emit and receive the ultrasonic pulses takes 0.097 seconds, up to the propagation time measurement rate. As shown in Fig. 2 (a), it takes about 0.48 seconds for all five pairs of converters to operate. It takes 1.45 seconds even if the average value is obtained by measuring three times in order to increase the measurement stability. In short, flow measurement is performed almost instantaneously. In addition, there is no need to remodel the channel, and there is no need to construct a flow measurement facility, which has very advantageous advantages, but such an ultrasonic flow measurement method has not been widely used. His basic reason is as follows.

1) 5지점 방법과 대비하기 위해 도면 2a에 도시한 것처럼 수평평균유속을 5지점에서 측정하게 하고 전통적인 5지점 기본유량 측정방법으로 측정한 유량 값과 대비해보면 초음파로 측정한 유량 값이 상당히 차이를 나타낸다. 그 이유는 여러 가지가 있는데 간단한 원인을 보면 다음과 같다. 물속에 잠겨 있는 변환기쌍 간의 간격

Figure pat00097
을 정확히 측정하기 매우 힘들다.
Figure pat00098
측정 오차의 2배가 유속
Figure pat00099
측정오차에 가산된다. 다음은 유속
Figure pat00100
방향과
Figure pat00101
선간의 각도가 기하학적 각도
Figure pat00102
와 일치 되지 않는 경우가 많아 유속
Figure pat00103
측정오차가 증가한다.1) In order to contrast with the 5-point method, the horizontal average flow rate is measured at 5 points as shown in FIG. Indicates. There are several reasons for this. Gap between transducer pairs submerged in water
Figure pat00097
It is very difficult to measure accurately.
Figure pat00098
2 times the measurement error
Figure pat00099
It is added to the measurement error. Next is the flow rate
Figure pat00100
Direction and
Figure pat00101
Line angle is geometric angle
Figure pat00102
Often does not match the flow rate
Figure pat00103
The measurement error increases.

2) 수심이 최대 때는 예를 들어 도면 2a와 같이 다섯 지점에서의 유속을 측정하게 되는데 수위가 낮아지면 수평평균유속 측정수가 작아진다. 따라서 유속측정 오차가 증가한다. 수위변화에 관계없이 수평평균유속 측정지점 수를 충분히 크게 보장하려면 초음파 변환기쌍의 수를 상당히 증가시켜야 하는데 장치가 매우 복잡해진다. 이와 같은 기본적인 이유로 종전의 초음파 유량측정 장치는 널리 이용되지 못하고 있다.2) When the depth is maximum, for example, as shown in Figure 2a, the flow velocity is measured at five points. When the water level is lowered, the number of horizontal average flow velocity measurements is small. Therefore, the flow rate measurement error increases. Regardless of the water level change, the number of ultrasonic transducer pairs must be increased considerably to ensure a large enough number of horizontal average velocity measurement points, which makes the apparatus very complicated. For these basic reasons, the conventional ultrasonic flow measurement apparatus has not been widely used.

다음에 등장한 것이 초음파 수직평균유속 측정 장치이다. 이 장치들은 전통적인 《유속×단면적》기준유량 측정시간을 현저히 감축시키고 유량측정 작업을 간편하게 하기 위한 것이다. 이런 장치는 국부유속계로 수심을 따라 여러 지점들에서 국부유속을 측정하여 수직평균유속을 계산하는 것을 순식간에 직접 수직평균유속을 측정하는 휴대용 장치이지만 본 발명을 실현시키는 초음파 수직평균 유속측정 장치와 연관성이 있기 때문에 종전의 기술로서 좀 상세히 설명하겠다.Next appeared is the ultrasonic vertical average flow rate measuring device. These devices are designed to significantly reduce the traditional "flow rate x area" reference flow measurement time and simplify the flow measurement task. Such a device is a portable device that directly measures the vertical average flow rate by measuring the local flow rate at various points along the depth with a local flowmeter, but it is related to the ultrasonic vertical average flow rate measuring device which realizes the present invention. Because of this, as the prior art will be described in detail.

첫 번째의 종전에 기술로 “하천유속, 수심측정방법 및 장치” 미국특허 No5,531,125(1996.07.02)에 등록된 것과 두 번째 “유속측정장치”로 일본 특허 제2863748호(1998.12.11)에 등록된 것을 들 수 있다. 첫 번째 종전의 기술의 동작원리를 설명하는 도면을 도면 3에 도시했다. (본 발명과 관계없는 수심측정 장치는 제외 하였다.) 도면 3에서 1과 2는 수직 평균유속측정용 변환기쌍이고 3은 수직봉, 4는 경사봉이고, 5는 경사봉 4를 지지하는 동시에 4가 자유롭게 이동 할 수 있게 하는 실린더 형 슬리브(sleve)인데 이것을 경사슬리브라고 하겠다. 6은 수직봉 3을 따라 상하로 이동할 수 있는 슬리브인데 앞으로 수직슬리브라고 하겠다. 슬리브 5는 슬리브 6에 회전축으로 연결되어 있다. 변환기 2는 슬리브 5의 외벽에 설치되어있고 변환기 1은 경사봉 4의 하부말단에 설치되 있는데 변환기쌍 1과 2의 초음파 발사수신면은 항상 서로 맞보게 되어있다.First of all, it was registered in the "river flow rate, depth measurement method and apparatus" in US Patent No. 5,531,125 (1996.07.02) and the second "flow rate measuring device" in Japanese Patent No. 2863748 (1998.12.11) And registered ones. 3 is a view for explaining the principle of operation of the first conventional technology. (The water depth measuring device which is not related to the present invention is excluded.) In Fig. 3, 1 and 2 are transducer pairs for measuring the vertical average velocity, 3 is a vertical rod, 4 is an inclined rod, 5 supports an inclined rod 4, and 4 Is a cylindrical sleeve that allows it to move freely. This is called an inclined sleeve. 6 is a sleeve that can move up and down along the vertical rod 3, which will be called vertical sleeve in the future. The sleeve 5 is connected to the sleeve 6 by a rotational axis. The transducer 2 is mounted on the outer wall of the sleeve 5 and the transducer 1 is mounted on the lower end of the inclined rod 4. The transducer pairs 1 and 2 are always facing each other.

수심

Figure pat00104
에 맞게 수직슬리브 6의 위치를 선택하여 변환기 2가 물 표면층과 접촉하게 한다. 그리고 경사봉 4의 하부말단이 개수로 바닥에 접촉되게 하되 경사봉 4와 개수로 바닥면 간의 각도
Figure pat00105
가 30°~45° 정도 되게 물 안으로 들어갈 경사봉 4의 길이를 선택한 다음 경사봉 4를 유속
Figure pat00106
의 반대 방향으로 개수로에 투하한다.depth of water
Figure pat00104
Select the position of vertical sleeve 6 accordingly so that transducer 2 is in contact with the water surface layer. And the lower end of the inclined bar 4 in contact with the floor in the number, but the angle between the inclined bar 4 and the bottom in the number
Figure pat00105
Select the length of the inclined rod 4 into the water so that
Figure pat00106
Drop into the channel in the opposite direction of.

경사봉 4를 개수로에 투하하기 전에 변환기쌍 1과 2 사이의 간격 길이

Figure pat00107
을 정확히 측정하여 유속연산 장치에 입력한다. 경사봉 4를 개수로에 투하한 다음 경사봉 4가 놓인 각도
Figure pat00108
또는
Figure pat00109
를 각도계로 측정하여 유속연산장치에 입력시킨다. 그 다음 변환기 1이 초음파 펄스를 발사하게 하고 변환기 2는 수신하게 한다.
Figure pat00110
간격을 초음파 펄스가 전파한 시간
Figure pat00111
를 측정하고 반대로 변환기 2가 초음파 펄스를 발사하게 하고 변환기 1이 수신하게 하면서
Figure pat00112
간격을 전파한 시간
Figure pat00113
을 측정한다. 초음파 유속측정기술에서
Figure pat00114
를 유속방향으로,
Figure pat00115
를 유속 반대방향으로 전파한 시간이라고 한다. 이와 같이 측정된 초음파 펄스 전파시간
Figure pat00116
와
Figure pat00117
의 차
Figure pat00118
가 유속에 비례하는 원리를 이용하여 유속
Figure pat00119
를 측정하는 방법을 초음파 전파시간차 유속측정 방법이라고 하는데 유속 측정식은 다음과 같은 수학식(5)으로 표현할 수 있다.
Gap length between transducer pair 1 and 2 before dropping ramp 4 into water channel
Figure pat00107
Accurately measure and enter the flow rate calculator. Drop the warp bar 4 in the channel and then the angle of the warp bar 4
Figure pat00108
or
Figure pat00109
Is measured with a goniometer and input into the flow rate calculator. Converter 1 then fires an ultrasonic pulse and transducer 2 receives it.
Figure pat00110
The time at which the ultrasonic pulse propagated the interval
Figure pat00111
On the contrary, let transducer 2 fire an ultrasonic pulse and transducer 1 receive
Figure pat00112
Time that propagated the interval
Figure pat00113
Measure In ultrasonic flow measurement technology
Figure pat00114
In the flow direction,
Figure pat00115
Is the time when it propagates in the opposite direction of flow. The ultrasonic pulse propagation time thus measured
Figure pat00116
Wow
Figure pat00117
Car
Figure pat00118
Flow rate using the principle that is proportional to flow rate
Figure pat00119
The method of measuring is called the ultrasonic propagation time difference flow rate measurement method, the flow rate measurement formula can be expressed by the following equation (5).

수학식(5)
Equation (5)

Figure pat00120

Figure pat00120

여기서

Figure pat00121
는
Figure pat00122
구간에서의 평균유속인데 결국은 수심
Figure pat00123
전 구간에서의 평균유속, 즉 수직평균유속이고
Figure pat00124
는
Figure pat00125
구간(
Figure pat00126
구간)에서의 평균 음속이다. 음속의 자승
Figure pat00127
는 일반적으로
Figure pat00128
의 식으로 계산하는데
Figure pat00129
측정오차의 2배가 유속측정 오차에 가산되기 때문에 첫 번째 종전의 기술에서는 음속
Figure pat00130
를 다음(a) 식으로 계산하여 그의 자승을 수학식(5)에 대입하게 돼있다.
here
Figure pat00121
Is
Figure pat00122
Average velocity in the interval but ultimately depth
Figure pat00123
Average velocity over all sections,
Figure pat00124
Is
Figure pat00125
section(
Figure pat00126
Average sound velocity in the interval). A square of sonic speed
Figure pat00127
Is usually
Figure pat00128
Calculated by
Figure pat00129
Since twice the measurement error is added to the flow velocity measurement error,
Figure pat00130
It is to be calculated by the following equation (a) to substitute his square in (5).

수학식(a)Equation (a)

Figure pat00131
Figure pat00131

Figure pat00132
Figure pat00132

Figure pat00133
인데 전파시간에 직접 영향을 미치는
Figure pat00134
선상의 유속 성분이다.
Figure pat00135
은 매우 작은 수치이기 때문에 무시한다. 수학식(a)의 자승을 수학식(5)에 대입하면 최종적인 수직평균유속 측정식은 수학식(6)과 같이 된다.
Figure pat00133
Which directly affects the propagation time.
Figure pat00134
It is a linear flow rate component.
Figure pat00135
Is ignored because it is a very small number. Substituting the square of Equation (a) into Equation (5), the final vertical average velocity measurement equation is as shown in Equation (6).

수학식(6)Equation (6)

Figure pat00136

Figure pat00136

도면 3에서 각도

Figure pat00137
를 측정하는 것이 쉬우면
Figure pat00138
를 측정하여 수학식(6)에
Figure pat00139
대신에
Figure pat00140
를 대입해도 된다. 물에서의 음속은
Figure pat00141
1450㎧나 되기 때문에 (물의 온도와 성분에 따라 변한다.)
Figure pat00142
=4m나 된다 하여도
Figure pat00143
과
Figure pat00144
를 순차로 측정하는데 소요되는 시간은 약 6·10-3초 밖에 안 된다.Angle in drawing 3
Figure pat00137
If it is easy to measure
Figure pat00138
Is measured in equation (6).
Figure pat00139
Instead of
Figure pat00140
You may substitute. The speed of sound in water
Figure pat00141
1450㎧ (depends on water temperature and composition)
Figure pat00142
Even if it is = 4m
Figure pat00143
and
Figure pat00144
The time taken to sequentially measure is only about 6 · 10 -3 seconds.

즉 초음파로 수직평균유속을 순식간에 측정할 수 있어 전통적인 국부유속계로 수심을 따라 5지점에서 60초씩 국부유속을 측정하여 수직평균유속을 계산하는 것에 비하면 유속측정 시간이 수백 배나 감소된다는 큰 장점이 있으나 다음과 같은 단점이 있다. 수심

Figure pat00145
에 따라 변환기쌍 간의 간격
Figure pat00146
과 각도
Figure pat00147
가 변하는바 매번 측정할 때 마다 슬리브 6의 위치를 조절해야 하며
Figure pat00148
과 를 정확히 측정을 해야 한다. 물론 종전의 기술은 휴대용이기 때문에 지상에서
Figure pat00150
을 측정하고 경사봉 4를 개수로에 투하한 다음 각도
Figure pat00151
를 측정할 수는 있지만
Figure pat00152
과
Figure pat00153
를 정확히 측정하는 작업이 힘들다. 이와 같은 단점을 해결하기 위해 개발된 것이 종전의 두 번째 기술인데 그의 동작 원리를 설명하는 도면을 도면4에 도시하였다. 도면 3과 동일한 부분의 기호들로 병기되어있다. In other words, the vertical average flow rate can be measured in an instant by using ultrasonic waves, which has the advantage that the measurement time of the flow rate is several hundred times shorter than that of calculating the local average flow rate by measuring the local flow rate at five points along the depth of 60 seconds along the depth with the traditional local flowmeter. It has the following disadvantages. depth of water
Figure pat00145
Spacing between pairs of transducers
Figure pat00146
And angle
Figure pat00147
The position of the sleeve 6 must be adjusted for each measurement.
Figure pat00148
and Should be measured accurately. Of course, because the conventional technology is portable,
Figure pat00150
, Drop the inclined rod 4 into the channel, and then angle
Figure pat00151
Although you can measure
Figure pat00152
and
Figure pat00153
It is hard to measure accurately. In order to solve this drawback, the second technique was developed in the related art. It is written with the symbol of the same part as FIG.

도면 4에서 변환기 2는 수직슬리브 6에서 약간 앞으로 나오게 배치돼있다. 첫 번째 종전의 기술과 달리 경사봉 4가 없다. 다만 개수로 바닥에 놓이는 수평 지지봉 8의 앞 단에 변환기 1이 배치되어 있다. 그리고 8의 뒤쪽에는 수직으로

Figure pat00154
간격을 두고 변환기쌍
Figure pat00155
과
Figure pat00156
가 배치되어 있다. 수직슬리브 6 뒤쪽에 변환기
Figure pat00157
과
Figure pat00158
가 발사하는 초음파 펄스를 반사시키는 반사판 7이 연결되어 있다.In Figure 4, transducer 2 is arranged slightly forward in vertical sleeve 6. Unlike the first conventional technique, there is no inclined rod 4. However, the transducer 1 is arranged at the front end of the horizontal support rod 8 which is placed on the floor by the floor. And vertically on the back of 8
Figure pat00154
Spaced pairs of transducers
Figure pat00155
and
Figure pat00156
Is arranged. Vertical Sleeve 6 Rear Converter
Figure pat00157
and
Figure pat00158
The reflector 7 which reflects the ultrasonic pulse which it emits is connected.

수심에 따라 슬리브 6의 위치를 조절하여 변환기 2가 물 표면층과 접촉하게 한다. 도면 4에서 도시한 것처럼 수심

Figure pat00159
변화에 따라 슬리브 6을 상하로 이동시킬 때 변환기 2는 수직봉 3에서 일정한 간격을 두는 수직선을 따라 이동하게 되어있다. 수심변화에 따라 변환기쌍 1과 2 간의 간격
Figure pat00160
과 각도
Figure pat00161
는 변하지만
Figure pat00162
과
Figure pat00163
를 측정하지 않고 유속
Figure pat00164
를 측정할 수 있다.Adjust the position of the sleeve 6 according to the depth of water so that the transducer 2 is in contact with the water surface layer. Depth as shown in Figure 4
Figure pat00159
As the sleeve 6 moves up and down in response to the change, the transducer 2 is to move along a vertically spaced vertical line on the vertical rod 3. Spacing between transducer pairs 1 and 2 as the depth changes
Figure pat00160
And angle
Figure pat00161
Changes but
Figure pat00162
and
Figure pat00163
Flow rate without measuring
Figure pat00164
Can be measured.

수학식(5)에서

Figure pat00165
는
Figure pat00166
의 수평면에 내린 사영 길이 이다. 도면 4에 도시한 것처럼 변환기 2가 수직선을 따라 이동하게 하면
Figure pat00167
과
Figure pat00168
가 아무리 변해도
Figure pat00169
의 사영길이는 항상 같다. 도면 4에 도시한 것처럼
Figure pat00170
가 된다. 따라서 위에서 설명한 수학식(5)에
Figure pat00171
를
Figure pat00172
로 대치하고 다만 음속의 자승
Figure pat00173
만 측정해서 대입하여 수직평균유속
Figure pat00174
를 측정할 수 있다. 두 번째 종전의 기술에서는 음속
Figure pat00175
를 다음과 같이 측정하게 돼있다. 수직으로
Figure pat00176
간격으로 배치된 변환기
Figure pat00177
과
Figure pat00178
를 이용하여 초음파 펄스를 발사하고 반사판 7에서 반사되어 돌아오는 펄스를 수신하여 각기 전파시간들을 측정하면 다음 수학식(b)와 같이 된다.
In equation (5)
Figure pat00165
Is
Figure pat00166
It is the length of the projected down on the horizontal plane. As shown in Figure 4, if transducer 2 moves along a vertical line,
Figure pat00167
and
Figure pat00168
No matter how
Figure pat00169
The projection length of is always the same. As shown in Figure 4
Figure pat00170
Becomes Therefore, in equation (5) described above
Figure pat00171
To
Figure pat00172
Replaced with just the speed of sonic
Figure pat00173
Measure and substitute vertical average flow velocity
Figure pat00174
Can be measured. In the second conventional technique, the speed of sound
Figure pat00175
We are supposed to measure Vertically
Figure pat00176
Transducers placed at intervals
Figure pat00177
and
Figure pat00178
When the ultrasonic pulse is emitted by using and the pulses reflected from the reflector 7 are received and each propagation time is measured, the following equation (b) is obtained.

수학식(b)Equation (b)

Figure pat00179

Figure pat00179

여기서

Figure pat00180
는 변환기
Figure pat00181
에서 반사판 7까지의 간격이다. 여기서 음속
Figure pat00182
는 다음 수학식(7)과 같이 된다.
here
Figure pat00180
Converter
Figure pat00181
Is the interval from to reflector 7. Where the speed of sound
Figure pat00182
Is as shown in Equation (7).

수학식(7)Equation (7)

Figure pat00183

Figure pat00183

이와 같이 구해진 음속의 자승을 수학식(5)에 대입하면 수직유속 측정식이 다음 수학식(8)과 같이 된다.
Substituting the square of the sound velocity obtained in this way into Equation (5), the vertical velocity measurement equation is as shown in Equation (8).

수학식(8)Equation (8)

Figure pat00184

Figure pat00184

여기서

Figure pat00185
와
Figure pat00186
은 변하지 않는 정수이고 사전에 정확히 측정하여
Figure pat00187
연산장치에 입력, 기억시켜둔다. 다만
Figure pat00188
과
Figure pat00189
전파시간들만 측정하면 된다. 첫 번째 종전의 기술과 대비해 보면 변환기쌍 간의 간격을 수심에 따라 조절하고 일일이 측정할 필요도 없고 또 각도
Figure pat00190
를 측정할 필요도 없다는 것이 큰 장점이다. 그러나 다음과 같은 단점은 있다.here
Figure pat00185
Wow
Figure pat00186
Is an unchanging integer and is measured in advance
Figure pat00187
Input and store in the operation unit. but
Figure pat00188
and
Figure pat00189
Only propagation times need to be measured. Compared to the first conventional technique, the distance between the transducer pairs is adjusted according to the depth, and there is no need to measure them individually, and the angle
Figure pat00190
The great advantage is that there is no need to measure. However, the following disadvantages exist.

1) 수심에 따라 슬리브 6의 위치를 조절할 때 변환기쌍 1과 2의 초음파 펄스 발사수신면이 서로 맞보게끔 변환기 1과 2의 설치각도를 조절해야 한다.1) When adjusting the position of the sleeve 6 according to the depth of the water, the installation angles of the transducers 1 and 2 should be adjusted so that the transducer pulses of the transducer pairs 1 and 2 coincide with each other.

2) 물에서의 음속

Figure pat00191
는 물의 온도와 성분에 따라 변한다. 예를 들어 여름철에 물 흐름 표면층의 온도는 개수로 바닥층의 온도보다 높다. 그런데 음속측정용 변환기
Figure pat00192
과
Figure pat00193
의 간격
Figure pat00194
은 수심이 최소로 될 때의 수심보다는 작아 야만 한다. 따라서 측정되는 음속
Figure pat00195
는 개수로 바닥층의 간격
Figure pat00196
에서의 음속이다. 따라서 수심이 최소 수심보다 더 깊어지면 깊어질수록 측정된 음속은 수심 전 구간에서의 음속과 일치되지 않으며 오차가 발생되는데 이 오차의 두 배가 유속측정 오차에 첨부된다. 위에서 살펴본 초음파 수직평균 유속측정방법과 장치들은 전통적인 국부유속계로 개수로에서의 유량을 측정하는 것에 비해 상당히 측정시간을 단축 하는데 큰 기여를 할 수 있으나 다만 휴대용으로 사용 할 수 있고 상설형으로 사용 할 수 없다.2) speed of sound in water
Figure pat00191
Depends on the temperature and composition of the water. In summer, for example, the temperature of the surface layer of water flow is higher than the temperature of the bottom layer in number. Sound velocity measuring transducer
Figure pat00192
and
Figure pat00193
Spacing of
Figure pat00194
Should be smaller than the depth when the depth is minimum. So the speed of sound measured
Figure pat00195
Is the spacing of the floors in number
Figure pat00196
Sound velocity at. Therefore, as the depth becomes deeper than the minimum depth, the measured sound velocity does not coincide with the sound velocity in the whole depth section, and an error occurs. Double of this error is attached to the velocity measurement error. Ultrasonic vertical average flow rate measurement methods and devices discussed above can greatly reduce the measurement time compared to traditional flowmeters, but they can be used as a portable or permanent type. none.

본 발명은 인공 개수로에서 일정한 지점에서의 수직평균유속을 초음파를 이용하여 측정하는 동시에 개수로에 설치되는 수위계로 수심만 측정하여 수심 변화에 관계없이 개수로에서의 유량을 연속적으로 높은 정확도로 측정 할 수 있는 방법과 이 방법을 실현시키는 초음파 수직평균유속 측정 장치를 제공하려고 한다.The present invention measures the vertical average flow rate at a certain point in the artificial channel using ultrasonic waves and simultaneously measures the depth with a water gauge installed in the channel to measure the flow rate in the channel continuously with high accuracy regardless of the change in the depth. The present invention aims to provide a method and an ultrasonic vertical average velocity measuring device for realizing the method.

주어진 개수로에서 물 흐름 단면 총 평균 유속

Figure pat00197
와 개수로 벽면에서 충분한 간격을 이루는 지점에서의 수직평균유속
Figure pat00198
와의 비율
Figure pat00199
를 사전에 구하여 유량 연산장치에 입력, 기억시켜두고 개수로에 설치된 수위계로 수심
Figure pat00200
와 초음파를 이용하여 부분단면평균유속
Figure pat00201
를 측정하여 유량
Figure pat00202
를 구하는 것이다. 즉
Average flow velocity of water flow cross section at a given channel
Figure pat00197
Average flow velocity at a sufficient distance from the wall
Figure pat00198
Ratio of
Figure pat00199
Is obtained in advance and stored in the flow calculator and stored in the water channel installed in the channel.
Figure pat00200
Sectional Average Velocity Using Ultrasonic and Ultrasound
Figure pat00201
By measuring the flow rate
Figure pat00202
To obtain. In other words

Figure pat00203
,
Figure pat00203
,

여기서

Figure pat00204
는 개수로를 흐르고 있는 물 흐름의 단면적이고
Figure pat00205
는 일정한 간격
Figure pat00206
를 이루는 두 지점들에서의 수직평균유속
Figure pat00207
과
Figure pat00208
의 평균치이다. 사각형 개수로인 경우
Figure pat00209
가 되고 비율
Figure pat00210
은 수심에 따라 변하지 않는 정수이고 다음과 같다.here
Figure pat00204
Is the cross-section of the water flow through the channel
Figure pat00205
Is a regular interval
Figure pat00206
Vertical average velocity at two points
Figure pat00207
and
Figure pat00208
Is the mean. If the number of rectangles
Figure pat00209
Becomes the ratio
Figure pat00210
Is an integer that does not change with depth and is:

Figure pat00211

Figure pat00211

여기서

Figure pat00212
는 벽면부터 수직평균유속
Figure pat00213
가 감소되기 시작하는 지점까지의 간격이고
Figure pat00214
인데
Figure pat00215
는 벽면에서의 유속이다. 앞으로
Figure pat00216
을 유량계수라고 하겠다. 사다리꼴 개수로인 경우에는 물 흐름 넓이
Figure pat00217
를 따라 여러 지점들에서의 수직평균유속들
Figure pat00218
를 측정하는 동시에 이에 해당하는 수심들
Figure pat00219
를 측정한 다음
Figure pat00220
와
Figure pat00221
의 곱인
Figure pat00222
가 넓이
Figure pat00223
를 따라 분포되는 곡선을 작성하고
Figure pat00224
곡선과
Figure pat00225
로 제한된 면적을 구한 다음 (이것이 유량이 됨) 이 면적을 물 흐름 단면적으로 나누어 단면 총 평균 유속
Figure pat00226
를 계산한다. 그리고 사다리꼴 개수로의 수평면으로 되는 바닥 부분에서 측정된 수직평균유속
Figure pat00227
또는 부분단면 평균유속
Figure pat00228
로
Figure pat00229
를 나누어 유량계수
Figure pat00230
을 구하는데 수심이 최소
Figure pat00231
때와 수심이 최대
Figure pat00232
일 때의 유량계수
Figure pat00233
과
Figure pat00234
을 구하여 수심에 따라 변하는 유량계수
Figure pat00235
의 함수를 다음 식으로 표현하여 유량연산장치에 입력, 기억시켜둔다.
here
Figure pat00212
Is the average velocity from the wall
Figure pat00213
Is the interval to the point where
Figure pat00214
Indeed
Figure pat00215
Is the flow rate at the wall. Forward
Figure pat00216
Will be called the flow coefficient. Water flow area in case of trapezoidal channel
Figure pat00217
Vertical mean flow rates at various points along
Figure pat00218
At the same time the corresponding depths
Figure pat00219
After measuring
Figure pat00220
Wow
Figure pat00221
Is the product of
Figure pat00222
Width
Figure pat00223
Create a curve that is distributed along
Figure pat00224
Curve and
Figure pat00225
Find the area limited to (this is the flow rate) and divide this area by the water flow cross section
Figure pat00226
Calculate And the vertical average velocity measured at the bottom of the trapezoidal channel into the horizontal plane.
Figure pat00227
Or partial section average flow velocity
Figure pat00228
in
Figure pat00229
Dividing flow coefficient
Figure pat00230
To find the minimum depth
Figure pat00231
When and depth is up
Figure pat00232
Flow coefficient at
Figure pat00233
and
Figure pat00234
Find the flow rate that varies with depth
Figure pat00235
The function of is expressed by the following formula and stored in the flow calculator.

Figure pat00236

Figure pat00236

여기서

Figure pat00237
는 수심
Figure pat00238
에 해당되는 유량계수이다. 주어진 사다리꼴 개수로에서는
Figure pat00239
과
Figure pat00240
는 일정한 수치가 된다.
Figure pat00241
은 사다리꼴 경사면의 경사각도에 따라 다르다. 이와 같이 구해진 유량계수의 수심에 따르는 관계식을 유량연산장치에 입력, 기억시켜두고 측정되는 수심
Figure pat00242
에 해당되는 유량계수
Figure pat00243
를 연산하게 하고 다음 식으로 유량을 연산하게 한다.
here
Figure pat00237
Depth
Figure pat00238
Flow coefficient corresponding to. Given a trapezoidal channel
Figure pat00239
and
Figure pat00240
Is a constant value.
Figure pat00241
Depends on the angle of inclination of the trapezoidal slope. Depth measured by inputting and storing the relational expression according to the depth of the flow coefficient thus obtained in the flow calculator
Figure pat00242
Flow coefficient corresponding to
Figure pat00243
Calculate the flow rate and calculate the flow rate by

Figure pat00244
,
Figure pat00244
,

여기서

Figure pat00245
는 사다리꼴 개수로의 바닥면(수평으로 되는)의 넓이이고,
Figure pat00246
는 경사면의 경사각도이다. 단 수직평균유속들은 초음파를 이용하여 측정하게 한다. 부분단면 평균유속
Figure pat00247
의 측정방법은 다음과 같다. here
Figure pat00245
Is the area of the bottom (horizontal) of the trapezoidal channel,
Figure pat00246
Is the angle of inclination of the inclined surface. However, vertical average flow rates are measured using ultrasonic waves. Partial section average flow velocity
Figure pat00247
The measurement method of is as follows.

초음파를 이용하여 간격

Figure pat00248
를 이루는 두 지점에서의 수직평균유속
Figure pat00249
과
Figure pat00250
를 측정하여 이들의 평균치를 구하면 부분단면 평균유속
Figure pat00251
가 된다. 즉
Figure pat00252
가 된다.
Figure pat00253
에 부분 단면적
Figure pat00254
를 곱하면 부분 유량
Figure pat00255
가 되기 때문에
Figure pat00256
는 물 흐름의 부분 단면적
Figure pat00257
의 단면 평균유속과 일치되는 것이다. 간격
Figure pat00258
는 개수로 넓이
Figure pat00259
에 따라 선택하는데
Figure pat00260
정도로 선택하되
Figure pat00261
는 개수로 넓이가 작을 경우이다.
Figure pat00262
되는 경우에는
Figure pat00263
정도로 선택한다.
Figure pat00264
는 다음과 같이 측정한다. 간격
Figure pat00265
를 이루는 두 지점에 두 개의 변환기쌍을 다음과 같이 배치한다. 변환기쌍들의 한 쪽 변환기들은 개수로 바닥면에 배치되고 다른 쪽 변환기들은 물 흐름 표면층과 접촉하게 배치하되 변환기쌍의 변환기들을 연결하는 가상하는 선은 유속방향과 각도
Figure pat00266
를 이루게 한다. 그리고 한 개의 변환기쌍은 유속방향으로만 초음파 펄스를 발사 수신하게 하고 다른 변환기쌍은 유속 반대방향으로만 초음파 펄스를 발사, 수신만 하게하고 변환기쌍 간의 간격
Figure pat00267
을 유속방향으로 초음파 펄스가 전파한 시간
Figure pat00268
과 유속 반대방향으로 초음파 펄스가 전파한 시간
Figure pat00269
를 측정한다.
Figure pat00270
과
Figure pat00271
는 다음과 같이 된다.
Spacing using ultrasound
Figure pat00248
Vertical average velocity at two points
Figure pat00249
and
Figure pat00250
Calculate the average of these and obtain the average value of the partial cross section.
Figure pat00251
Becomes In other words
Figure pat00252
Becomes
Figure pat00253
Partial cross-sectional area
Figure pat00254
Multiply by partial flow
Figure pat00255
Because it becomes
Figure pat00256
Partial cross section of a water flow
Figure pat00257
It is consistent with the average velocity of the cross section. interval
Figure pat00258
Is the width in number
Figure pat00259
To choose according to
Figure pat00260
Choose enough
Figure pat00261
Is when the width is small.
Figure pat00262
If
Figure pat00263
Choose to the degree.
Figure pat00264
Is measured as follows. interval
Figure pat00265
Two transducer pairs are arranged at two points forming The transducers on one side of the transducer pairs are placed on the bottom in number and the other transducers are in contact with the water flow surface layer, but the imaginary line connecting the transducers of the transducer pair is the flow direction and angle.
Figure pat00266
To achieve. One transducer pair fires and receives ultrasonic pulses only in the flow direction, and the other transducer pair fires and receives ultrasonic pulses only in the opposite direction of the flow.
Figure pat00267
Time of ultrasonic pulse propagation in the flow direction
Figure pat00268
The time that the ultrasonic pulse propagated in the direction opposite to the flow rate
Figure pat00269
Measure
Figure pat00270
and
Figure pat00271
Becomes

Figure pat00272
;
Figure pat00272
;

여기서

Figure pat00273
는 수직평균유속
Figure pat00274
과 의
Figure pat00276
선상의 유속 성분인데
Figure pat00277
과
Figure pat00278
가 전파시간
Figure pat00279
과
Figure pat00280
에 영향을 미치는 것이다.
Figure pat00281
이 되는데 그들의 차
Figure pat00282
는 다음과 같이 된다.
here
Figure pat00273
Is the vertical average velocity
Figure pat00274
and of
Figure pat00276
The flow rate component on the ship
Figure pat00277
and
Figure pat00278
Propagation time
Figure pat00279
and
Figure pat00280
Will affect.
Figure pat00281
This is their car
Figure pat00282
Becomes

Figure pat00283

Figure pat00283

여기서

Figure pat00284
구간에서의 부분단면 평균유속
Figure pat00285
는 다음과 같이 된다.
here
Figure pat00284
Average velocity of partial section in the section
Figure pat00285
Becomes

Figure pat00286

Figure pat00286

여기서

Figure pat00287
인데 초음파 전파거리
Figure pat00288
의 사영 길이 이고
Figure pat00289
은 구간에서의 음속
Figure pat00291
의 자승이다.here
Figure pat00287
Ultrasonic Propagation Distance
Figure pat00288
Is the projection length of
Figure pat00289
silver Sound velocity in the interval
Figure pat00291
It is a square of.

후에 상세히 설명하겠는데 수심변화에 따라 물 흐름 표면층과 접촉하는 변환기들의 위치가 변하며, 개수로 바닥에 배치된 변환기들과의 간격

Figure pat00292
도 변하고 각도
Figure pat00293
도 변하는데 물 표면과 접촉하는 변환기들이 수심 변화에 따라 수직으로만 이동하게 하면
Figure pat00294
가 된다. 따라서 전파시간
Figure pat00295
과
Figure pat00296
, 그리고 음속의 자승
Figure pat00297
만 측정하여 상기 식에 대입하면 부분단면 평균유속
Figure pat00298
가 된다. 음속
Figure pat00299
는 수심 전 구간에서의 평균음속인바 그의 자승
Figure pat00300
는 다음과 같이 측정한다. 개수로 바닥에 설치되는 베어링으로 자유롭게 회전할 수 있는 지지봉이 구비되어 있는데 지지봉의 상부 말단은 뜨개(부자)와 연결되어있고 지지봉의 상, 하 말단에 변환기가 배치되어 있다. As will be explained in detail later, the position of the transducers in contact with the surface layer of water flow changes according to the change in depth, and the distance from the transducers arranged on the floor in the number
Figure pat00292
Varying degrees
Figure pat00293
If the transducers that are in contact with the surface of the water move only vertically with the change in depth,
Figure pat00294
Becomes Thus propagation time
Figure pat00295
and
Figure pat00296
, And the speed of sound
Figure pat00297
If only the measurement is made and substituted in the above equation, the average velocity of the partial section is
Figure pat00298
Becomes Sound speed
Figure pat00299
Is the average sonic speed in the whole depth zone.
Figure pat00300
Is measured as follows. It is provided with a support rod that can rotate freely with a bearing installed on the bottom in the number. The upper end of the support rod is connected to the knitting (rich) and the transducers are arranged on the upper and lower ends of the support rod.

지지봉의 길이는 최대수심보다 약간 길게 선택되어 있는바 수심이 최대 때는 지지봉이 거의 수직으로 세워지고 수심이 낮아지면 유속 방향으로 지지봉이 기울어지지만 지지봉 양단에 설치된 변환기쌍 간의 간격

Figure pat00301
는 변하지 않고
Figure pat00302
로 유지된다. 그리고 변환기쌍 한 쪽의 변환기와 다른 쪽 변환기는 수심변화에 관계없이 항상 개수로 바닥층과 물 흐름 표면층과 접촉하게 된다. 변환기쌍이 순차로 유속방향과 반대방향으로 초음파 펄스를 발사, 수신하게 하고 초음파 펄스 전파시간
Figure pat00303
와
Figure pat00304
를 측정하여 다음 식에 대입하여 음속의 자승
Figure pat00305
를 측정한다.The length of the supporting rod is selected to be slightly longer than the maximum depth. When the depth is maximum, the supporting rod is almost vertically erected and when the depth is lowered, the supporting rod is inclined in the direction of flow, but the gap between the transducer pairs installed at both ends of the supporting rod
Figure pat00301
Does not change
Figure pat00302
Is maintained. The transducers on one side of the transducer pair and on the other side of the transducer pair are always in contact with the bottom layer and the water flow surface layer regardless of the depth change. The transducer pair sequentially emits and receives ultrasonic pulses in the direction opposite to the flow velocity, and the ultrasonic pulse propagation time
Figure pat00303
Wow
Figure pat00304
Square of the speed of sound by substituting
Figure pat00305
Measure

Figure pat00306

Figure pat00306

유속을 측정하는 물 흐름 표면층과 접촉하는 변환기들은 두 개의 수직봉을 따라 상하로 이동하는 실린더형 슬리브(sleve)와 연결되어있고 수심을 따라 슬리브가 이동할 수 있게 유선형으로 된 뜨개(부자)와 슬리브가 연결되어 있을 수도 있고, 전원 공급의 제한이 없는 곳에서는 수심을 따라 슬리브를 이동시키는 스텝 모터를 이용할 수 있게 되어있다.Transducers in contact with the water flow surface layer measuring the flow rate are connected to a cylindrical sleeve that moves up and down along two vertical rods, and a streamlined knit (rich) and sleeve to move the sleeve along the depth. It may be connected, or where there is no power supply limitation, it is possible to use a stepper motor that moves the sleeve along the depth.

인공 개수로에서의 유량을 연속적으로 측정하는 방법에 있어 종전의 기술인 여러 수심에서의 수평평균유속을 초음파로 측정하여 유량을 연산하는 방법에 비해 본 발명에 따르면 초음파를 이용하여 약간의 간격을 둔 두 지점들에서의 수직평균유속들의 평균치인 부분단면평균유속을 측정하고 물흐름의 단면적과 유량계수를 서로 곱하여 유량을 측정하게 되어있어 수심변화에 관계없이 항상 일정한 유량측정 정확도를 보장하게 되 있으며 두 지점들에서의 수직평균유속들의 평균치인 부분단면평균유속 초음파 측정장치에 있어 수심 변화에 관계없이 초음파 변환기쌍들간의 간격과 물흐름 방향과 이루는 각도를 측정할 필요가 없고 또한 수심변화에 관계없이 수심 전구간에서의 음속을 측정하게 되 있어 유속측정장치가 종전의 기술에 비해 간소화되어 있고 측정 정확도가 높게 보장된다.In the method of continuously measuring the flow rate in the artificial channel, according to the present invention, compared to the method of calculating the flow rate by measuring the horizontal average flow velocity at various depths, which is a conventional technique, two spaced apart by using ultrasonic waves Partial mean flow velocity, which is the average of the vertical mean flow velocity at the points, is measured, and the flow rate is measured by multiplying the cross-sectional area of the water flow by the flow coefficient to ensure constant flow measurement accuracy regardless of the water depth change. In the ultrasonic wave measuring device, which is the average of the vertical average flow rates in the field, it is not necessary to measure the distance between the ultrasonic transducer pairs and the direction of the water flow direction regardless of the water depth change. It is possible to measure the speed of sound at the Measurement accuracy is assured.

도면 1. 개수로에서 국부유속계를 이용하여 유량을 측정하는 전통적인 기준 유량측정방법을 설명하는 도면
도면 2. 초음파 유속측정방법을 이용하여 개수로에서 물 흐름 수심의 여러 지점들에서 수평 평균유속을 측정하여 유량을 연산하는 종전의 초음파 개수로 유량측정방법을 설명 하는 도면.
도면 3. 종전의 휴대용 초음파 수직평균 유속 측정장치의 개략도.
도면 4. 두 번째 종전의 휴대용 초음파 수직평균 유속 측정장치의 개략도.
도면 5. 사각형 인공 개수로에서의 수직평균유속 분포도.
도면 6. 사다리꼴 개수로의 단면도.
도면 7. 사다리꼴 개수로에서 물 흐름 표면 넓이를 따라 측정된 수직평균유속

Figure pat00307
와 이에 해당되는 수심
Figure pat00308
의 곱
Figure pat00309
의 분포도.
도면 8. 사다리꼴 개수로의 수심에 따라 변하는 유량계수의 곡선 형태의 도면.
도면 9. 개수로에서 여러 지점들에서의 수직 평균유속들이 맥동하는 것을 도시한 도면.
도면 10. 본 발명에 따르는 부분단면 평균유속 측정방법을 설명하는 운동 다이어그램 (mechanical diagram).
도면 11. 본 발명에 따르는 수심이 변화는 조건에서 수심 전 구간에서의 음속의 자승을 측정하는 장치의 도면.
도면 12. 본 발명에 따르는 뜨개를 이용한 초음파 부분단면 평균유속 측정 장치의 개략도.
도면 13. 본 발명에 따르는 개수로 유량 측정 장치들을 개수로에 설치한 예의 도면.
A diagram illustrating a traditional reference flow measurement method for measuring flow rate using a local tachometer in a channel.
FIG. 2. A diagram illustrating a conventional method for measuring flow rate by measuring ultrasonic flow rate at various points of water flow depth in a channel using an ultrasonic flow rate method.
3. Schematic diagram of a conventional portable ultrasonic vertical average flow rate measuring device.
4. Schematic diagram of a second conventional portable ultrasonic vertical average flow rate measuring device.
Figure 5. Vertical mean velocity distribution in a square artificial channel.
6. Sectional drawing of trapezoidal channel.
Figure 7. Vertical average flow velocity measured along water flow surface area in trapezoidal channel
Figure pat00307
And the corresponding depth
Figure pat00308
Multiply by
Figure pat00309
Distribution.
8. Drawing of the curve of the flow coefficient which varies with the depth of the trapezoidal channel.
Figure 9 illustrates the pulsation of vertical mean flow rates at various points in the channel.
10. A mechanical diagram illustrating a method of measuring a partial cross section average velocity in accordance with the present invention.
Figure 11 is a diagram of a device for measuring the square of the speed of sound in the entire section of the water depth under varying conditions according to the present invention.
12. Schematic diagram of the ultrasonic partial section average flow rate measuring apparatus using a knitting according to the present invention.
13. A diagram of an example of installing flow channel measuring apparatuses in a channel according to the present invention.

단면이 사각형으로 된 것과 사다리꼴로 된 인공 개수로들이 가장 많이 건설되고 있다. 인공 개수로로 농업용수, 하수, 산업폐수 등을 통과시키고 있는바 개수로로 흘러가는 물의 유량을 연속적으로 측정하며 총량을 측정 할 필요성이 많다. 우선 사각형 개수로에서의 본 발명에 따르는 유량측정 방법부터 설명하겠다. 개수로가 직선으로 되어있는 부분의 길이가 개수로 넓이

Figure pat00310
의 다섯 배 이상 되는 경우 개수로 넓이를 따라 수직평균유속의 분포곡선은 거의 직선으로 된다. The largest number of artificial canals with square cross sections and trapezoids are being constructed. It is necessary to measure the total amount by continuously measuring the flow rate of water flowing into the water channel through the artificial water channel through agricultural water, sewage and industrial wastewater. First, the flow measurement method according to the present invention in the square channel will be described. The length of the part where the channel is straight is the width of the channel.
Figure pat00310
If it is more than 5 times, the distribution curve of vertical average velocity along the width is almost straight.

도면 5(a)에 넓이

Figure pat00311
를 여러 지점으로 등분한 지점들에서의 수직평균유속
Figure pat00312
들의 분포형태를 도시하였다. 수직평균유속
Figure pat00313
은 약간 맥동을 하기 때문에 충분한 시간 동안 여러 번 반복 측정하여 평균화 한 것이다. 수직평균유속을 초음파로 측정하는 경우에는 10~15초 동안 약 10번 정도 반복 측정하여 평균치를 구하면 도면 5(a)에 도시한 것처럼 벽면 근방만 제외한 부분에서의 수직평균유속의 분포는 직선으로 된다. Area in Figure 5 (a)
Figure pat00311
Vertical average velocity at points divided into points
Figure pat00312
The distribution form of these is shown. Vertical average velocity
Figure pat00313
Since the pulsation is slightly pulsating, it is averaged by repeating the measurement several times for a sufficient time. In the case of measuring the vertical average velocity by ultrasound, the average value is obtained by repeating the measurement about 10 times for 10 to 15 seconds. As shown in Fig. 5 (a), the distribution of the vertical average velocity in the portion except the vicinity of the wall becomes a straight line. .

도면 5(b)에 수심을 따라 국부유속

Figure pat00314
가 분포된 형태를 도시하였다. 개수로 바닥면에 가까워지면서 유속이 감소하는데 개수로 바닥의 수리 저항 때문이다. 도면 5(b)에 점선으로 도시한 것이 수직평균유속
Figure pat00315
이다. 초음파를 이용하여 수직평균유속을 순식간에 측정할 수 있다. 도면 5(c)에 개수로 벽 부근에서의 수직평균유속의 분포곡선을 확대하여 도시하였다. 개수로 벽면의 수리저항 때문에 벽면에서의 유속이 감소된다. Local velocity along the depth in Fig. 5 (b)
Figure pat00314
Shows the distributed form. The flow rate decreases closer to the bottom of the channel because of the repair resistance of the floor. Vertical average flow rate shown by dotted line in FIG. 5 (b)
Figure pat00315
to be. Ultrasonic waves can be used to quickly measure vertical average flow rates. 5 (c) shows an enlarged distribution curve of the vertical average velocity near the water channel. The flow rate at the wall is reduced because of the hydraulic resistance of the wall.

이론적으로는 벽면에서의 유속은

Figure pat00316
이 되나 유속이
Figure pat00317
이 되는 임계 층의 두께는 너무 작아서 직접 측정한 결과는 없다. 콘크리트로 포장된 개수로에서 벽 부근의 수직평균유속
Figure pat00318
는 약 30% 정도 낮아진다. 수직평균유속
Figure pat00319
가 감소되기 시작하는 지점에서 벽면까지의 간격을
Figure pat00320
로 표시했다. 벽면 근방에서 유속이 감소되기 때문에 도면 5(c)에 점선으로 표시한 물 흐름 총 단면 평균유속
Figure pat00321
는
Figure pat00322
구간을 벗어난 부분에서의 수직평균유속
Figure pat00323
보다 좀 작은 것이다.Theoretically, the flow velocity at the wall
Figure pat00316
This flow rate
Figure pat00317
The thickness of the resulting critical layer is so small that there is no direct measurement. Vertical average flow velocity near the wall in concrete channel
Figure pat00318
Is about 30% lower. Vertical average velocity
Figure pat00319
The distance from the point where
Figure pat00320
Marked as. Since the flow velocity decreases near the wall, the average flow velocity of the total cross-section of the water flow shown in dotted lines in Fig. 5 (c).
Figure pat00321
Is
Figure pat00322
Vertical average velocity at out of section
Figure pat00323
It is a little smaller.

콘크리트로 포장된 사각형 개수로에서 간격

Figure pat00324
는
Figure pat00325
범위에서 변하는데 콘크리트 벽 표면의 조도(粗度)와 수심에 따라 변한다. 수심이 물 흐름 넓이에 비해 훨씬 작으면
Figure pat00326
는 증가한다. 그러나
Figure pat00327
와
Figure pat00328
의 차이는 더 감소된다. (
Figure pat00329
) 도면 5(a)에서
Figure pat00330
구간의 부분면적이 사다리꼴로 된다고 보고 유속 분포곡선으로 제한된 면적에 수심
Figure pat00331
를 곱하면 유량
Figure pat00332
가 되고 또 유량
Figure pat00333
를 물 흐름 단면적
Figure pat00334
로 나누면 단면 총 평균유속
Figure pat00335
가 된다.
Spacing in square canal paved with concrete
Figure pat00324
Is
Figure pat00325
It varies in range, depending on the roughness and depth of the concrete wall surface. If the depth is much smaller than the water flow
Figure pat00326
Increases. But
Figure pat00327
Wow
Figure pat00328
The difference is further reduced. (
Figure pat00329
) In Figure 5 (a)
Figure pat00330
Depth of area is trapezoidal and depth of area limited by flow velocity distribution curve
Figure pat00331
Multiply by
Figure pat00332
Flow rate
Figure pat00333
Water flow cross section
Figure pat00334
Divided by the average velocity
Figure pat00335
Becomes

Figure pat00336
Figure pat00336

Figure pat00337

Figure pat00337

여기서

Figure pat00338
이다.
Figure pat00339
는 벽면에 가능한 가까운 지점에서의 수직평균유속이다.
Figure pat00340
이기 때문에
Figure pat00341
이 된다는 것을 참작하여 비율
Figure pat00342
를 구하면 다음 수학식(9)와 같이 된다.
here
Figure pat00338
to be.
Figure pat00339
Is the average vertical velocity at the point as close to the wall as possible.
Figure pat00340
Because
Figure pat00341
Taking into account the ratio
Figure pat00342
Is obtained as shown in Equation (9).

수학식(9)Equation (9)

Figure pat00343

Figure pat00343

Figure pat00344
를 앞으로 사각형 개수로에서의 유량계수라고 하겠다.
Figure pat00344
Will be called the flow coefficient in the square channel.

이와 같은 유량계수를 구하고

Figure pat00345
구간을 벗어난 지점에서의 수직평균유속
Figure pat00346
또는 부분단면 평균유속
Figure pat00347
와 수심
Figure pat00348
를 측정하여 다음 수학식(10)으로 유량
Figure pat00349
를 구하게 한다.
Find the flow coefficient like this
Figure pat00345
Vertical average velocity at the point out of the interval
Figure pat00346
Or partial section average flow velocity
Figure pat00347
And depth
Figure pat00348
Measure the flow rate by the following equation (10)
Figure pat00349
To get.

수학식(10)Equation (10)

Figure pat00350

Figure pat00350

여기서

Figure pat00351
는 부분단면 평균유속인데 일정한 간격
Figure pat00352
를 이루는 두 지점들에서의 수직평균유속
Figure pat00353
과
Figure pat00354
의 평균치이다. 즉
here
Figure pat00351
Is the average velocity of the partial section
Figure pat00352
Vertical average velocity at two points
Figure pat00353
and
Figure pat00354
Is the mean. In other words

수학식(11)Equation (11)

Figure pat00355

Figure pat00355

수심

Figure pat00356
는 개수로에 설치된 수위계로 측정되며
Figure pat00357
는 초음파로 측정한다.
Figure pat00358
와
Figure pat00359
은 사각형 개수로에서는 정수가 된다. 같은 사각형 개수로들에서 유량계수
Figure pat00360
은 동일하지 않을 수 있다. 그 원인은 개수로 시공 상태가 다양할 수 있어 콘크리트로 포장된 벽면과 바닥면의 조도가 다양하며, 특히 벽면과 바닥면이 이상적인 평면이 못되고 완곡성(Curvature)이 있을 수 있다. 이에 따라 와
Figure pat00362
가 개수로에 따라 동일할 수 없다. 그렇기 때문에 본 발명에 따라 유량을 측정하려는 지점에서의
Figure pat00363
와
Figure pat00364
를 측정하여 주어진 개수로에서의 유량계수를 구해야 한다. 유량계수
Figure pat00365
을 구하기 위해서는 수학식(9)에 대입해야 할
Figure pat00366
와
Figure pat00367
를 측정해야 한다.
Figure pat00368
와
Figure pat00369
를 임의의 유속계로 측정할 수 있다. 초음파 수직평균유속 측정 장치를 이용하면 가장 편리하지만 전통적인 회전자식 국부유속계(예: 스크루 또는 프로펠라형)를 이용할 수도 있다. 국부유속계를 이용하는 경우에는 수심
Figure pat00370
의
Figure pat00371
되는 깊이에서 유속을 측정하면 된다.
Figure pat00372
측정은 다음과 같이한다.depth of water
Figure pat00356
Is measured by a water gauge installed in the channel
Figure pat00357
Is measured by ultrasound.
Figure pat00358
Wow
Figure pat00359
Is an integer in the square channel. Flow coefficients in the same square channel
Figure pat00360
May not be the same. The cause is that the number of construction conditions can vary in number, so the roughness of the concrete and the wall surface and floor surface is varied, in particular, the wall surface and floor surface may not be the ideal plane and there may be curvature (curvature). Accordingly Wow
Figure pat00362
May not be the same depending on the number of channels. Therefore, at the point where
Figure pat00363
Wow
Figure pat00364
The flow coefficient at the given channel should be determined by measuring. Flow coefficient
Figure pat00365
In order to find
Figure pat00366
Wow
Figure pat00367
Should be measured.
Figure pat00368
Wow
Figure pat00369
Can be measured with any flow meter. Ultrasonic vertical mean flow measurement devices are most convenient, but traditional rotor local tachometers (such as screw or propeller type) can also be used. Depth when using local tachometer
Figure pat00370
of
Figure pat00371
This is done by measuring the flow rate at that depth.
Figure pat00372
The measurement is as follows.

개수로 벽면에서 0.3m 정도 떨어진 지점에서부터 벽면을 향해 서서히 이동하면서 유속을 측정해 가다가 유속이 감소되는 지점을 파악하고 계속 벽면을 향해 유속을 측정한다. 또 반대로 벽면으로부터 유속을 측정해 가면서 유속이 증가되기 시작하는 지점을 파악한다. 이렇게 유속이 감소, 증가되기 시작하는 지점과 개수로 벽과의 간격들을 평균한 값을

Figure pat00373
로 본다. 여러 개수로에서 측정한 결과에 따르면
Figure pat00374
범위에 놓여있다.Measure the flow rate by slowly moving toward the wall from 0.3m away from the wall, and identify the point where the flow rate decreases and continue to measure the flow rate toward the wall. On the contrary, the flow velocity is measured from the wall to identify the point where the flow velocity starts to increase. The average of the distances to the wall by the number and the point where the flow rate starts to decrease and increase
Figure pat00373
Seen as. According to the results measured at different channels
Figure pat00374
Lies in scope

벽면에서의 유속측정은 불가능하기 때문에

Figure pat00375
구간에서 측정된 유속과 유속이 감소되기 직전의 유속
Figure pat00376
를 연결하는 선을 벽면까지 연장시켜 보외방법으로 벽면에서의 유속
Figure pat00377
를 구한다. (도면 5(c) 참조) 그 다음
Figure pat00378
을 계산한다. (
Figure pat00379
정도 된다) Since flow velocity measurement on the wall is impossible
Figure pat00375
The flow rate measured in the section and the flow rate just before the flow rate is reduced
Figure pat00376
The flow rate at the wall surface by extrapolation by extending the line connecting
Figure pat00377
. (See Figure 5 (c))
Figure pat00378
. (
Figure pat00379
About)

이와 같이 측정된

Figure pat00380
와
Figure pat00381
를
Figure pat00382
계산식(9)에 대입하여 주어진 개수로에서의 유량계수를 구하게 된다.
Figure pat00383
는 비교적 정확히 측정할 수 있지만
Figure pat00384
측정의 편차는 클 수 있다(
Figure pat00385
를 측정하는 사람에 따라 차이가 날 수 있다).
Figure pat00386
측정 오차에 따라
Figure pat00387
의 오차가 얼마나 되는가를 보자.Measured in this way
Figure pat00380
Wow
Figure pat00381
To
Figure pat00382
Substituting the equation (9), the flow coefficient at the given channel is obtained.
Figure pat00383
Can be measured relatively accurately,
Figure pat00384
The deviation of the measurement can be large (
Figure pat00385
May vary depending on the person measuring it).
Figure pat00386
According to measurement error
Figure pat00387
Let's see how much the error is.

정확한

Figure pat00388
와
Figure pat00389
는
Figure pat00390
이었다고 하자. 그리고 개수로 넓이가
Figure pat00391
이었다고 하자. 그러면 정확한 유량계수는
Figure pat00392
가 된다.
Figure pat00393
측정결과가
Figure pat00394
이었다고 하자. 그러면
Figure pat00395
의 오차는
Figure pat00396
, 즉 7.7%이다.
Figure pat00397
를 이용하면
Figure pat00398
가 된다.
Figure pat00399
의 오차는
Figure pat00400
, 즉 0.25% 밖에 안 된다.
Figure pat00401
가
Figure pat00402
범위에 놓여 있는데 그의 중간치
Figure pat00403
를 이용한다면
Figure pat00404
가 되는 경우와 대비하면
Figure pat00405
의 오차는
Figure pat00406
나 되는데 이때의
Figure pat00407
의 오차는 (
Figure pat00408
일 때) -0.35%와 +0.357% 밖에 안 된다. 이와 같은 예는
Figure pat00409
때 이었는데 개수로 넓이
Figure pat00410
가 클수록
Figure pat00411
와
Figure pat00412
의 측정오차 때문에 발생하는 유량계수의 오차를 무시할 수 있다. accurate
Figure pat00388
Wow
Figure pat00389
Is
Figure pat00390
Say it was. And the area by the number
Figure pat00391
Say it was. Then the correct flow coefficient
Figure pat00392
Becomes
Figure pat00393
The measurement result
Figure pat00394
Say it was. then
Figure pat00395
The error of
Figure pat00396
, 7.7%.
Figure pat00397
If you use
Figure pat00398
Becomes
Figure pat00399
The error of
Figure pat00400
That is, only 0.25%.
Figure pat00401
end
Figure pat00402
Lies in the range of his median
Figure pat00403
If you use
Figure pat00404
In contrast to
Figure pat00405
The error of
Figure pat00406
At this time
Figure pat00407
The error of (
Figure pat00408
) Is only -0.35% and + 0.357%. An example like this
Figure pat00409
When was the width
Figure pat00410
Is larger
Figure pat00411
Wow
Figure pat00412
The error in the flow coefficient due to the measurement error can be ignored.

상기 예에서

Figure pat00413
이었다면
Figure pat00414
의 오차는 각각 -0.176%, +0.176% 밖에 안 된다.
Figure pat00415
와
Figure pat00416
를 측정하지 않고
Figure pat00417
된다고 가정하면 상기 예에서
Figure pat00418
때나
Figure pat00419
때의
Figure pat00420
의 오차는
Figure pat00421
때
Figure pat00422
정도 된다. 개수로 넓이가 커질수록 유량계수
Figure pat00423
은 1,0에 가까워진다.
Figure pat00424
에
Figure pat00425
가 되는 물 흐름의 부분 단면적
Figure pat00426
를 곱하면 부분 유량
Figure pat00427
가 되는 것이다. 유량측정식(10)을 다음과 같이 표현할 수 있다.
In the example above
Figure pat00413
If
Figure pat00414
The errors of are only -0.176% and + 0.176%, respectively.
Figure pat00415
Wow
Figure pat00416
Without measuring
Figure pat00417
In the above example,
Figure pat00418
When
Figure pat00419
When
Figure pat00420
The error of
Figure pat00421
time
Figure pat00422
That's enough. The larger the area, the greater the flow coefficient
Figure pat00423
Becomes close to 1,0
Figure pat00424
on
Figure pat00425
Cross-sectional area of water flow
Figure pat00426
Multiply by partial flow
Figure pat00427
To be. The flow measurement formula (10) can be expressed as follows.

Figure pat00428

Figure pat00428

여기서

Figure pat00429
이다. 물 흐름 단면을 등분한 부분 단면적을 통과하는 부분 유량
Figure pat00431
를 측정하여
Figure pat00432
배 하면 총 유량 보다 약간 커지는데 그 원인은 양 벽면 부근의 부분 유량들이 좀 작기 때문이다. 이와 같은 차이를 보상하는 것이 유량계수
Figure pat00433
인 것이다. 유량측정식(10)에
Figure pat00434
대신에 한 지점에서 측정한 수직평균유속
Figure pat00435
를 대입하여도 된다. 다만 이럴 경우에는 유량측정 결과의 편차가 좀 커진다. 사다리꼴 개수로에서의 유량계수
Figure pat00436
은 수심의 함수이다. 수심이 증가함에 따라 유량계수는 작아진다. here
Figure pat00429
to be. Water flow cross section Partial flow through equal partial cross section
Figure pat00431
By measuring
Figure pat00432
When doubling, it is slightly larger than the total flow because the partial flows near both walls are rather small. Compensating for these differences is the flow coefficient
Figure pat00433
It is To flow measurement formula (10)
Figure pat00434
Instead, the average vertical velocity measured at one point
Figure pat00435
You may substitute. In this case, however, the deviation of the flow measurement result becomes slightly larger. Flow Coefficients in Trapezoidal Channels
Figure pat00436
Is a function of depth. As the depth increases, the flow coefficient decreases.

도면 6에 사다리꼴 개수로의 단면도를 도시했다. 도면 6에서

Figure pat00437
는 물 흐름 표면층의 넓이인데 그는 수심
Figure pat00438
변화에 따라 변한다.
Figure pat00439
는 수평면을 이루는 개수로 바닥의 넓이이고
Figure pat00440
는 기슭 경사면의 경사각도이다. 물 흐름 단면적
Figure pat00441
는 다음 수학식(12)과 같다.
6 is a cross-sectional view of the trapezoidal channel. In Figure 6
Figure pat00437
Is the width of the surface layer of water flow
Figure pat00438
Change with change
Figure pat00439
Is the number of horizontal planes,
Figure pat00440
Is the angle of inclination of the shore slope. Water flow cross section
Figure pat00441
Is as shown in Equation (12).

수학식(12)Equation (12)

Figure pat00442

Figure pat00442

Figure pat00443
와
Figure pat00444
는 정수이기 때문에 수심
Figure pat00445
만 측정하여 수학식(11)로 물 흐름 단면적을 구할 수 있다. 사다리꼴 개수로에서 수심이 최소 때
Figure pat00446
, 최대 때
Figure pat00447
그리고 중간치 때
Figure pat00448
유량을 측정하고 해당한 물 흐름 단면적
Figure pat00449
로 나누면 단면 평균유속이 되고, 이를 도면 6에
Figure pat00450
으로 표시한 지점에서 측정한 수직평균유속으로 나누면 해당한 유량계수를 구하게 된다. 사다리꼴 개수로에서의 유량을 더 정밀하게 측정하기 위해서는 다음과 같이 측정한다.
Figure pat00443
Wow
Figure pat00444
Depth is an integer
Figure pat00445
Only by measuring the water flow cross-sectional area can be obtained by equation (11). When the depth is minimum in the trapezoidal channel
Figure pat00446
When up
Figure pat00447
And in the middle
Figure pat00448
Measure flow rate and corresponding water flow cross section
Figure pat00449
Dividing by gives the average velocity of the cross section, which is
Figure pat00450
Dividing by the vertical average velocity measured at the point indicated by, the corresponding flow coefficient is obtained. To more precisely measure the flow rate in the trapezoidal channel, measure as follows:

물 흐름 표면 넓이를

Figure pat00451
등분하는 지점들에서 수직평균유속
Figure pat00452
와 이 지점들에서의 수심
Figure pat00453
를 측정하고 그들을 곱한
Figure pat00454
의 분포곡선을 도면 7에 도시한 것처럼 작성하여 그의 면적을 구한다. 이 면적이 바로 유량이 된다. 이 유량 값을 물 흐름 단면적
Figure pat00455
(수학식 12)로 나누면 단면평균유속이 된다. 이런 방법으로 수심이
Figure pat00456
때의 유량을 측정하여 단면평균유속들을 계산하고 도면 6에
Figure pat00457
으로 표시한 지점에서, 즉 사다리꼴 개수로의 바닥부분에서 측정된 수직평균유속으로 나누면 수심이
Figure pat00458
때의 유량계수
Figure pat00459
그리고
Figure pat00460
이 되는 것이다. 수심에 따라 변하는 유량계수의 곡선을 그리면 도면 8과 같이 되는데
Figure pat00461
을 통과하는 곡선은 거의 직선으로 된다. 따라서 유량계수가 수심에 따라 변하는 함수는 다음 수식(13)과 같이 직선 방정식으로 표현할 수 있다.
Water flow surface area
Figure pat00451
Vertical mean flow velocity at equal points
Figure pat00452
And the depth at these points
Figure pat00453
Measure and multiply them
Figure pat00454
The distribution curve of is drawn as shown in Fig. 7 to find its area. This area is the flow rate. This flow rate value of the water flow cross-sectional area
Figure pat00455
Dividing by (12) gives the average velocity of the cross section. In this way
Figure pat00456
Measure the flow rate at the time and calculate the section average flow rates.
Figure pat00457
The water depth is divided by the vertical average velocity measured at the point marked by, i.e. at the bottom of the trapezoidal channel.
Figure pat00458
Flow coefficient at
Figure pat00459
And
Figure pat00460
It will be. If you draw a curve of the flow coefficient that varies with depth, it will look like Figure 8.
Figure pat00461
The curve passing through becomes almost straight. Therefore, the function that the flow coefficient changes with the depth can be expressed as a linear equation as shown in Equation (13).

수학식(13)Equation (13)

Figure pat00462

Figure pat00462

여기서

Figure pat00463
는 수심이
Figure pat00464
가 될 때의 유량계수이다. 유량계수가 수심에 따라 변하는 함수인 수학식(13)을 구하기 위해서는 수심이 최소
Figure pat00465
일 때와 수심이 최대
Figure pat00466
때의 유량을 측정하여
Figure pat00467
과
Figure pat00468
은 구하면 된다. 이와 같이 구해진
Figure pat00469
와
Figure pat00470
와의 관계식을 유량연산장치에 입력, 기억시켜두고 개수로에 설치되는 수위계가 측정한 수심
Figure pat00471
를 입력시키면 유량연산장치는 해당한 유량계수
Figure pat00472
를 계산하여 유량측정식에 대입하게 한다. 사다리꼴 개수로에서의 유량측정식은 다음 수학식(14)과 같이 된다.
here
Figure pat00463
Depth
Figure pat00464
Flow coefficient when The depth is the minimum to obtain Equation (13), which is a function whose flow coefficient changes with depth.
Figure pat00465
When and depth
Figure pat00466
To measure the flow rate
Figure pat00467
and
Figure pat00468
Can be found. Thus obtained
Figure pat00469
Wow
Figure pat00470
The water depth measured by the water level meter installed in the channel by inputting and storing the relational expression with the flow calculator.
Figure pat00471
If you enter, the flow calculator calculates the corresponding flow coefficient.
Figure pat00472
Calculate and substitute into the flow measurement formula. The flow rate measurement formula in the trapezoidal channel is as shown in Equation (14).

수학식(14)Equation (14)

Figure pat00473

Figure pat00473

여기서

Figure pat00474
는 수심이
Figure pat00475
때의 유량계수이다. 사각형 개수로와의 차이는 유량계수가 수심의 함수라는 것뿐이다. 직접 측정해야 할 값은 부분단면 평균유속
Figure pat00476
와 수심뿐이다. 유량측정식(10)과 (14)에 대입되는 부분단면 평균유속
Figure pat00477
대신에 수직평균유속
Figure pat00478
를 대입하여도 된다. 다만
Figure pat00479
를 충분히 긴 시간 동안 여러 번 반복 측정하여 평균치를 구하여 유량측정식에 대입해야 한다. 부분단면 평균유속이라는 것은 물 흐름 표면에서 일정한 간격
Figure pat00480
를 이루는 두 지점들에서의 수직평균유속
Figure pat00481
과
Figure pat00482
의 평균치, 즉
Figure pat00483
가 된다는 것을 반복 강조하겠다.here
Figure pat00474
Depth
Figure pat00475
Flow coefficient at time The only difference from the square channel is that the flow coefficient is a function of the depth. The value to be measured directly is the average cross-sectional flow rate
Figure pat00476
And depth. Partial section average flow velocity substituted in the flow measurement formulas (10) and (14)
Figure pat00477
Vertical average velocity instead
Figure pat00478
You may substitute. but
Figure pat00479
Repeat the measurement several times over a long enough time period to obtain the average value and substitute it into the flow measurement formula. The average velocity of the partial section is a constant distance from the surface of the water stream.
Figure pat00480
Vertical average velocity at two points
Figure pat00481
and
Figure pat00482
Mean,
Figure pat00483
I will repeat that.

Figure pat00484
간격과 수심으로 둘러싼 물 흐름의 단면적은
Figure pat00485
가 되며
Figure pat00486
에
Figure pat00487
를 곱하면 부분유량
Figure pat00488
가 된다. 그래서
Figure pat00489
를 부분단면 평균유속이라고 한 것이다. 부분단면 유속
Figure pat00490
를 측정하여 유량측정식에 대입함으로써 유량측정 정확도가 더 높아지고 측정시간이 단축되는데 그 원인을 설명하면 다음과 같다. 모든 개수로에서의 물 흐름 상태는 발달된 난류이고 국부유속의 맥동율이 10% 이상 되는 것은 일반적이다. 만일에 초음파로 거의 순간적으로 수직평균유속을 측정할 수 있는데 한 지점에서 수직평균유속
Figure pat00491
을 계속 측정해 보면 도면 9(b)에 도시한 것처럼
Figure pat00492
역시 맥동을 한다. 동시에
Figure pat00493
간격을 이루는 두 번째 지점에서 수직평균유속
Figure pat00494
를 계속 측정해 보면
Figure pat00495
도 맥동을 하는데
Figure pat00496
과
Figure pat00497
의 맥동 위상은 서로 반대로 된다. 초음파로 측정되는 수직평균유속의 맥동율은 국부유속 맥동율 보다 훨씬 작고 2~3% 정도 된다. 만일에
Figure pat00498
간격을 이루는 두 지점에서 초음파를 이용하여 동시에
Figure pat00499
과
Figure pat00500
를 측정하면서 그들의 평균치를 구하면 평균치의 맥동율은 매우 작아진다. 다시 말하면 부분단면 평균유속
Figure pat00501
의 맥동율은 도면 9(b)에 도시한 것처럼 무시할 정도로 작아진다. 만일에 여러 지점들에서의 수직평균유속들이 동일한 위상으로 맥동을 한다면 유량도 역시 맥동을 하게 될 것이다. 즉 유량이 감소됐다, 증가됐다 하면서 물이 흐르게 된다. 그러나 유량 자체의 맥동은 없다. 그 이유가 바로 여러 지점들에서의 수직평균유속들의 맥동 위상이 서로 다르기 때문이다.
Figure pat00484
The cross-sectional area of the water stream, surrounded by gaps and depths,
Figure pat00485
Becomes
Figure pat00486
on
Figure pat00487
Multiply by partial flow
Figure pat00488
Becomes so
Figure pat00489
Is the average velocity of the partial section. Partial Section Flow Velocity
Figure pat00490
By measuring and inserting into the flow measurement formula, the flow measurement accuracy is higher and the measurement time is shortened. Water flow in all channels is developed turbulence and local pulsation rates of more than 10% are common. If you are able to measure the vertical average velocity almost instantaneously with ultrasound, the vertical average velocity at one point
Figure pat00491
Continue to measure as shown in Figure 9 (b).
Figure pat00492
It also pulsates. At the same time
Figure pat00493
Vertical average velocity at the second interval
Figure pat00494
Continue to measure
Figure pat00495
Pulsating too
Figure pat00496
and
Figure pat00497
The pulsation phases of are reversed. The pulsation rate of the vertical average flow rate measured by ultrasound is much smaller than the local flow rate pulsation rate and is about 2 to 3%. In case
Figure pat00498
Ultrasonic wave at two intervals at the same time
Figure pat00499
and
Figure pat00500
The average pulsation rate of the average value becomes very small when the average value is obtained while measuring. In other words, the average velocity of the partial section
Figure pat00501
The pulsation rate of is small enough to be neglected as shown in Fig. 9B. If the vertical mean flow rates at different points pulsate in the same phase, the flow rate will also pulsate. In other words, the flow rate decreases and increases, while water flows. But there is no pulsation of the flow rate itself. This is because the pulsation phases of the vertical mean flow rates at different points are different.

초음파로 측정되는 수직평균유속의 맥동 주파수는

Figure pat00502
범위에 집중되어있다. 따라서 수직평균유속을 순간적으로 초음파로 측정한 값을 유량측정식에 대입하면서 유량을 계속 측정해 보면 마치 유량이 맥동하는 것처럼 나타난다. 그러기 때문에 한 지점에서만 수직평균유속을 측정하려면 최소 10초 동안 10번 이상 반복 측정하여 수직평균유속의 평균치를 구하여 유량측정식에 대입해야만 한다. 그러나 부분단면 유속
Figure pat00503
를 측정한다면 여러 번 반복측정 할 필요도 없고 유량측정 안정도가 높아지는 것이다. 수직평균유속을 측정하는 두 지점 간의 간격
Figure pat00504
는 개수로 넓이에 따라
Figure pat00505
범위에서 선택하면 된다.The pulsation frequency of the vertical average velocity measured by ultrasound is
Figure pat00502
Focused on the range Therefore, if the flow rate is continuously measured while substituting the ultrasonic average value of the vertical average flow rate into the flow measurement formula, the flow rate appears to pulsate. Therefore, in order to measure the vertical average flow velocity only at one point, the measurement should be repeated 10 times or more for at least 10 seconds and the average value of the vertical average flow velocity should be substituted into the flow measurement formula. But partial flow velocity
Figure pat00503
If you measure, you do not have to repeat several times and the flow stability is increased. Spacing between two points measuring vertical average velocity
Figure pat00504
Depending on the width
Figure pat00505
You can choose from the range.

부분단면 유속

Figure pat00506
측정방법과 측정 장치의 동작원리를 설명하기 위해 도면 10에 측정 장치의 운동 다이어그램(mechanical diagram)을 도시했다. 도면 10에서
Figure pat00507
과
Figure pat00508
,
Figure pat00509
과
Figure pat00510
는 수직평균유속
Figure pat00511
측정용 변환기쌍들이고
Figure pat00512
과
Figure pat00513
는 수직봉,
Figure pat00514
과
Figure pat00515
는 수심에 따라 수직봉을 축으로 상, 하로 이동되는 수직슬리브(sleve)인데 이들은 연결판 13으로 일체로 되어있고, 8은 개수로 바닥에 배치되는 장치 지지판이고, 9는 경사봉인데 그의 하부말단은 T자형으로 돼있는데 수평부분의 봉
Figure pat00516
는 베어링쌍
Figure pat00517
를 통해 자유롭게 회전할 수 있게 되어있으며, 그의 양쪽 말단에는 변환기
Figure pat00518
과
Figure pat00519
이 배치되어있다.Partial Section Flow Velocity
Figure pat00506
In order to explain the measuring method and the operation principle of the measuring device, a mechanical diagram of the measuring device is shown in FIG. In drawing 10
Figure pat00507
and
Figure pat00508
,
Figure pat00509
and
Figure pat00510
Is the vertical average velocity
Figure pat00511
Measuring transducer pairs
Figure pat00512
and
Figure pat00513
Is a vertical rod,
Figure pat00514
and
Figure pat00515
Is a vertical sleeve that moves vertically up and down about the vertical rod according to the depth. These are integrally composed of connecting plates 13, 8 is a device supporting plate arranged at the bottom of the channel, and 9 is an inclined bar. Is shaped like a T-shaped rod
Figure pat00516
Silver bearing pair
Figure pat00517
It is free to rotate through the two ends of the transducer
Figure pat00518
and
Figure pat00519
This is placed.

11은 경사봉 9가 관통하고 있는 경사슬리브인데 11외벽에 변환기

Figure pat00520
과
Figure pat00521
를 배치하는 변환기 지지봉
Figure pat00522
이 고정 되어있는데,
Figure pat00523
은 연결판 13에 설치된 베어링쌍
Figure pat00524
를 관통하고 있어 경사슬리브 11과 함께 자유롭게 회전할 수 있게 되어있다. 변환기쌍
Figure pat00525
과
Figure pat00526
와 변환기쌍
Figure pat00527
과
Figure pat00528
간의 간격을
Figure pat00529
로 유지하게 되어있다. 변환기쌍 간의 간격
Figure pat00530
와
Figure pat00531
선과 유속
Figure pat00532
방향과 이루는 각도
Figure pat00533
는 수심에 따라 변한다.11 is an inclined sleeve through which an inclined bar 9 penetrates.
Figure pat00520
and
Figure pat00521
Converter Support Rod Posting Machine
Figure pat00522
Is fixed,
Figure pat00523
Bearing pairs installed on the connecting plate 13
Figure pat00524
It penetrates through and can rotate freely with the inclined sleeve 11. Transducer pair
Figure pat00525
and
Figure pat00526
And converter pair
Figure pat00527
and
Figure pat00528
Spacing between
Figure pat00529
It is supposed to be maintained. Spacing between transducer pairs
Figure pat00530
Wow
Figure pat00531
Line and flow rate
Figure pat00532
Direction and angle
Figure pat00533
Changes with depth.

수직슬리브

Figure pat00534
과
Figure pat00535
는 수심에 따라 이동하면서 변환기
Figure pat00536
와
Figure pat00537
의 초음파 펄스 발사, 수신면이 물 표면층과 접촉하게 한다. 수직슬리브
Figure pat00538
과
Figure pat00539
가 밑으로 이동하면 경사봉 9는 슬리브 11을 통해 빠져 나오게 되며 경사슬리브 11의 경사각도가
Figure pat00540
과 일치 하게 된다. 수심변화에 따라 슬리브
Figure pat00541
과
Figure pat00542
가 자동으로 상, 하로 이동해야 하는데 유량 측정지점에 산업전원(220V)공급이 가능하면 수심에 따라 회전방향과 회전수가 제어되는 스텝 모터를 이용할 수 있고 전원의 제한이 있는 경우 슬리브
Figure pat00543
과
Figure pat00544
가 유선형으로 된 두 개의 뜨개와 연결시킨다. (도면 10에 점선으로 표시) 슬리브
Figure pat00545
과
Figure pat00546
가 상하로 이동할 때 변환기와
Figure pat00548
의 초음파 발사수신면은 수직봉
Figure pat00549
과
Figure pat00550
에서 일정한 간격
Figure pat00551
로 격리된 수직선을 따라 상, 하로 이동하게 되며, 변환기
Figure pat00552
과
Figure pat00553
은 경사봉 9와 연결된 지지봉
Figure pat00554
가 왼쪽, 오른쪽으로 회전하게 되어, 변환기
Figure pat00555
과
Figure pat00556
의 초음파 발사 수신면들은 변환기
Figure pat00557
와
Figure pat00558
의 발사 수신면과 항상 맞보는 위치를 유지하게 된다.Vertical Sleeve
Figure pat00534
and
Figure pat00535
The transducer moves along the depth
Figure pat00536
Wow
Figure pat00537
Ultrasonic pulse firing, the receiving surface is in contact with the water surface layer. Vertical Sleeve
Figure pat00538
and
Figure pat00539
When is moved downward, the inclined rod 9 is pulled out through the sleeve 11 and the inclination angle of the inclined sleeve 11
Figure pat00540
Will be consistent with Sleeve according to depth change
Figure pat00541
and
Figure pat00542
Should automatically move up and down. If industrial power (220V) can be supplied to the flow measurement point, a step motor can be used to control the direction and speed of rotation according to the depth.
Figure pat00543
and
Figure pat00544
Connect two streamers in a streamlined fashion. Sleeve (shown in dotted line in Figure 10)
Figure pat00545
and
Figure pat00546
Converter moves up and down Wow
Figure pat00548
Ultrasound launch surface of the vertical rod
Figure pat00549
and
Figure pat00550
Regular interval
Figure pat00551
Will move up and down along a vertical line isolated by
Figure pat00552
and
Figure pat00553
Silver support rods connected to the ramp 9
Figure pat00554
Will rotate left and right,
Figure pat00555
and
Figure pat00556
Ultrasonic Firing Receive Surfaces of Transducers
Figure pat00557
Wow
Figure pat00558
It will always be in contact with the launch surface of the.

도면 10에서 보다시피 변환기

Figure pat00559
와
Figure pat00560
의 위치에 따라
Figure pat00561
와
Figure pat00562
는 변하지만 수평면으로 내린
Figure pat00563
의 사영길이
Figure pat00564
는 변하지 않는 정수가 된다. 부분단면 평균유속
Figure pat00565
측정방법은 다음과 같다. 도면 10에서 변환기
Figure pat00566
은 변환기
Figure pat00567
를 향해 일정한 주기로 초음파 펄스만 발사하고 변환기
Figure pat00568
는 초음파 펄스를 수신만 한다. 변환기
Figure pat00569
에서 변환기
Figure pat00570
까지 초음파 펄스가 전파하는 시간
Figure pat00571
를 유속방향으로 전파한 시간이라고 한다. 변환기
Figure pat00572
는 일정한 주기로 초음파 펄스를 변환기
Figure pat00573
을 향해 발사만 하고
Figure pat00574
은 수신만 한다. 변환기
Figure pat00575
에서 변환기
Figure pat00576
까지 전파한 시간
Figure pat00577
를 유속 반대방향으로 전파한 시간이라고 한다. 변환기
Figure pat00578
과
Figure pat00579
는 동시에 초음파 펄스를 발사하게 한다. 전파시간
Figure pat00580
과
Figure pat00581
는 다음과 같이 된다.
As you can see in Figure 10
Figure pat00559
Wow
Figure pat00560
According to the location of
Figure pat00561
Wow
Figure pat00562
Changes to the horizontal plane
Figure pat00563
Projection length of
Figure pat00564
Is an unchanging integer. Partial section average flow velocity
Figure pat00565
The measurement method is as follows. Converter in Figure 10
Figure pat00566
Silver converter
Figure pat00567
The ultrasonic pulses are fired at regular intervals
Figure pat00568
Only receives ultrasonic pulses. converter
Figure pat00569
To converter
Figure pat00570
Ultrasound pulse propagation time
Figure pat00571
Is the time when it propagates in the flow direction. converter
Figure pat00572
Transducers ultrasonic pulses at regular intervals
Figure pat00573
Just fire towards
Figure pat00574
Only receives. converter
Figure pat00575
To converter
Figure pat00576
Time to propagate
Figure pat00577
Is the time when it propagates in the opposite direction of flow. converter
Figure pat00578
and
Figure pat00579
Causes the ultrasound pulse to be fired at the same time. Propagation time
Figure pat00580
and
Figure pat00581
Becomes

식(a)Formula (a)

Figure pat00582
Figure pat00582

Figure pat00583

Figure pat00583

여기서

Figure pat00584
인데 두 지점에서의 수직평균유속
Figure pat00585
과
Figure pat00586
의
Figure pat00587
선상의 유속 성분들이다.
Figure pat00588
과
Figure pat00589
가 일치 안 되는데 그들의 맥동 때문이다. 전파시간들
Figure pat00590
과
Figure pat00591
는 상당히 작다.
Figure pat00592
일 때
Figure pat00593
초 정도 된다. 즉
Figure pat00594
과
Figure pat00595
를 측정한 결과는 유속 맥동주기에 비하면 순간적인 것이다. 전파시간차
Figure pat00596
은 다음과 같이 된다.
here
Figure pat00584
Vertical average velocity at two points
Figure pat00585
and
Figure pat00586
of
Figure pat00587
These are the flow rate components on board.
Figure pat00588
and
Figure pat00589
Do not match because of their pulsation. Propagation times
Figure pat00590
and
Figure pat00591
Is quite small.
Figure pat00592
when
Figure pat00593
Seconds. In other words
Figure pat00594
and
Figure pat00595
The measured results are momentary compared to the flow rate pulsation period. Propagation time difference
Figure pat00596
Becomes

식(b)Formula (b)

Figure pat00597

Figure pat00597

식(b)에서 부분단면 평균유속

Figure pat00598
는 다음과 같이 된다.
Partial section average velocity in equation (b)
Figure pat00598
Becomes

수학식(15)Equation (15)

Figure pat00599

Figure pat00599

여기서

Figure pat00600
은
Figure pat00601
구간에서의 평균음속의 자승이다.
Figure pat00602
는 변환기쌍 간의 간격이고
Figure pat00603
는
Figure pat00604
의 사영 길이인데
Figure pat00605
이다. 경사봉 9의 경사각도
Figure pat00606
는 최대 수심일 때
Figure pat00607
범위에 놓이게 한다. 수심이 낮아지면 각도
Figure pat00608
는 작아지고 시간차
Figure pat00609
의 감도는 증가된다. 수학식(15)의 형태는 널리 알려진 초음파 전파시간차 유속측정식과 동일하게 보이지만 내용은 다르다. here
Figure pat00600
silver
Figure pat00601
The square of the mean sound speed in the interval.
Figure pat00602
Is the spacing between pairs of transducers
Figure pat00603
Is
Figure pat00604
Is the projection length of
Figure pat00605
to be. Tilt angle of tilt rod 9
Figure pat00606
At maximum depth
Figure pat00607
To be in range. When the depth drops, the angle
Figure pat00608
Is getting smaller
Figure pat00609
Sensitivity is increased. Although the form of Equation (15) looks the same as the well-known ultrasonic propagation time difference velocity measurement formula, the contents are different.

두 개의 변환기쌍으로 전통적인 측정방법으로 수직평균유속

Figure pat00610
과
Figure pat00611
를 각기 따로 측정하여 평균치를 구하는 것이 아니고 한 개의 변환기쌍은 유속방향으로, 다른 한 개의 변환기쌍은 유속 반대방향으로만 초음파 펄스를 동시에 발사시켜 전파시간
Figure pat00612
과
Figure pat00613
를 측정하여, 부분단면 평균유속
Figure pat00614
를 측정하는 것이 본 발명에 따르는 유속측정방법의 특징이다. 이렇게 측정되는
Figure pat00615
의 맥동율은 무시할 정도로 작아지는 것이다. 따라서 유량측정 결과들의 편차가 매우 작아지는 것이다.Vertical average flow rate using traditional measuring method with two transducer pairs
Figure pat00610
and
Figure pat00611
Are not measured separately and the average value is calculated instead of one transducer pair in the flow direction, and the other transducer pair simultaneously emits ultrasonic pulses only in the opposite direction of the velocity.
Figure pat00612
and
Figure pat00613
By measuring the average cross-sectional flow velocity
Figure pat00614
Measuring is a feature of the flow rate measuring method according to the present invention. So measured
Figure pat00615
The pulsation rate of is negligibly small. Therefore, the deviation of the flow measurement results becomes very small.

수직평균유속

Figure pat00616
와
Figure pat00617
를 따로 측정하려면 일정한 시간간격 내에 여러 번 그들을 반복 측정하여 평균치를 구한다음 그들의 평균치를 구해야만 한다. 수학식(15)에 대입되는
Figure pat00618
은
Figure pat00619
구간에서의 평균음속
Figure pat00620
의 자승이다, 즉 물 흐름 표면층에서 개수로 바닥까지의 구간인 수심 구간에서의 평균음속의 자승이다. 음속의 자승
Figure pat00621
를 측정하는 장치를 도면 11에 도시했다.Vertical average velocity
Figure pat00616
Wow
Figure pat00617
In order to measure them separately, they must be repeated several times within a certain time interval, and then averaged. Substituted in Equation (15)
Figure pat00618
silver
Figure pat00619
Average sound speed in the interval
Figure pat00620
Is the square of the average speed of sound in the depth zone, the interval from the water flow surface layer to the bottom of the channel. A square of sonic speed
Figure pat00621
The apparatus for measuring the pressure is shown in FIG.

도면 11에서 14는 뜨개(부자)이고 15는 뜨개 14와 연결된 연결봉인데 그의 하부말단은 개수로 바닥에 설치된 베어링쌍 17과 연결 되어있다. In Fig. 11, 14 is a knit (rich) and 15 is a connecting rod connected to knit 14, the lower end of which is connected to a bearing pair 17 installed at the bottom in number.

16은

Figure pat00622
형으로 된 음속 측정 장치의 지지대이다. 16 is
Figure pat00622
It is a support of the sound velocity measuring device.

16의 위쪽은 개수로 벽 상부 면에 앵커로 고정된다. The upper side of the 16 is anchored to the wall upper face in number.

29는 앵커 볼트이다.29 is an anchor bolt.

지지봉 15의 상부와 하부 말단 부분에서 변환기 설치봉 19가 지지봉 15의 옆으로 나오게 되어있고 19의 말단에 변환기쌍

Figure pat00623
과
Figure pat00624
가 배치 되어있다. 30은 변환기쌍과 전자회로(초음파 펄스 발진기, 수신증폭, 변환기들을 순차로 발사, 수신 상태로 전환하는 스위치 회로)를 연결하는 고주파 케이블 27의 보호관이다.At the upper and lower ends of the support rod 15, the transducer mounting rod 19 extends out of the side of the support rod 15 and at the end of the transducer pair 19
Figure pat00623
and
Figure pat00624
Is placed. 30 is a protective tube of high frequency cable 27 that connects a pair of transducers with an electronic circuit (ultrasonic pulse oscillator, receive amplifier, switch circuit that sequentially fires and switches transducers).

수심변화에 따라 뜨개 14는 물 표면층을 따라 이동하지만 지지봉 15에 매달려 있으며 변환기쌍 간의 간격

Figure pat00625
는 항상 변함없는 정수가 되며, 변환기
Figure pat00626
는 항상 물 표면층과 접촉하며 변환기
Figure pat00627
은 개수로 바닥면 부근에 놓여있게 된다. 변환기
Figure pat00628
에서 변환기
Figure pat00629
까지 초음파 펄스가 전파한 시간
Figure pat00630
와 반대로
Figure pat00631
에서
Figure pat00632
까지 전파한 시간
Figure pat00633
를 측정하여 다음 수학식 (16)으로 음속의 자승
Figure pat00634
를 측정한다.
As the water depth changes, the knit 14 moves along the water surface layer but hangs on the support rod 15 and the spacing between the transducer pairs
Figure pat00625
Is always an unchanged integer,
Figure pat00626
Is always in contact with the surface layer of the water
Figure pat00627
Will be placed near the bottom in number. converter
Figure pat00628
To converter
Figure pat00629
Ultrasound pulse propagation time
Figure pat00630
As opposed to
Figure pat00631
in
Figure pat00632
Time to propagate
Figure pat00633
The square of the speed of sound by the following equation (16)
Figure pat00634
Measure

수학식(16)Equation (16)

Figure pat00635

Figure pat00635

여기서

Figure pat00636
가 되는 변환기쌍
Figure pat00637
과
Figure pat00638
간의 간격인데 사전에 정확히 측정하여 유속, 유량 연산장치에 입력, 기억시켜두는 정수이다. 수학식(16)은 다음과 같이 유도되는 것이다.
here
Figure pat00636
Converter pair
Figure pat00637
and
Figure pat00638
It is an interval that is accurately measured in advance and inputted and stored in the flow rate and flow rate calculator. Equation (16) is derived as follows.

Figure pat00639

Figure pat00639

Figure pat00640
은 매우 작은 수치이기 때문에 무시한다. 유속이
Figure pat00641
이었다면
Figure pat00642
이 되는데
Figure pat00643
이 된다. 따라서
Figure pat00644
을
Figure pat00645
로 봐도 그의 오차는
Figure pat00646
가 된다.
Figure pat00647
측정 정확도에 하등의 영향을 미치지 않는다.
Figure pat00640
Is ignored because it is a very small number. Flow rate
Figure pat00641
If
Figure pat00642
This is
Figure pat00643
Becomes therefore
Figure pat00644
of
Figure pat00645
Even his error is
Figure pat00646
Becomes
Figure pat00647
It does not affect the measurement accuracy at all.

연결봉 15의 길이는 최대수심 보다 약간 길게 선택한다.The length of the connecting rod 15 is slightly longer than the maximum depth.

두 번째 종전의 기술에서는 개수로 바닥층

Figure pat00648
구간에서의 음속을 측정하게 되어 있었는데, 본 발명에 따르면 수심 변화에 관계없이 물 표면층에서 개수로 바닥까지의 구간에서의 음속 자승을 측정하게 되어있다. 개수로를 흐르고 있는 물의 평균온도와 성분은 매우 서서히 변한다. 따라서 음속의 자승
Figure pat00649
를, 유량을 측정할 때마다 측정할 필요는 없고 예를 들어 5분에 한 번씩 측정하여 기억시켜두고 부분단면 평균유속
Figure pat00650
측정식에 대입하게 하면 된다.In the second conventional technique, the bottom floor in number
Figure pat00648
The sound velocity in the section was to be measured. According to the present invention, the sound speed square in the section from the water surface layer to the bottom in the channel is measured regardless of the change in the depth of water. The average temperature and composition of the water flowing through the channel change very slowly. Thus the square of the speed of sound
Figure pat00649
It is not necessary to measure the flow rate every time it is measured, but it is measured and memorized every 5 minutes, for example.
Figure pat00650
It is good to substitute in a measurement formula.

도면 12에 부분단면 평균유속장치의 구조도를 한 개의 예로 도시 하였다. 도면 12에 도시한 구조는 항상 물 표면층에 떠있는 뜨개

Figure pat00651
과
Figure pat00652
의 부력으로 변환기
Figure pat00653
와
Figure pat00654
가 물 흐름 표면층과 접촉하게 돼있는 한 개의 예이다. 도면 12에 도면 10과 동일한 부분의 부호들을 병기했다. 12 illustrates a structure diagram of the partial cross-sectional mean velocity device as an example. The structure shown in Figure 12 always floats on the water surface layer.
Figure pat00651
and
Figure pat00652
To buoyancy
Figure pat00653
Wow
Figure pat00654
Is an example of contacting the water flow surface layer. In FIG. 12, the code | symbol of the same part as FIG. 10 is shown together.

Figure pat00655
과
Figure pat00656
는 유선형의 뜨개들인데 수직슬리브
Figure pat00657
과
Figure pat00658
과 일체형으로 되어있다. 21은 반추(balance weight)이고, 20은 반추 21을 관통하고 있는 반추 지지봉이다. 반추 지지봉 20은 슬리브
Figure pat00659
과
Figure pat00660
를 일체로 연결하는 연결판 13과 일체로 되어있다. 24는 장치 지지판 8에 용접된 실린더인데 수직봉
Figure pat00661
과
Figure pat00662
를 이들에 삽입하고 고정볼트 24로
Figure pat00663
과
Figure pat00664
를 고정시킨다.
Figure pat00655
and
Figure pat00656
Are streamlined knit vertical sleeves
Figure pat00657
and
Figure pat00658
It is integrated with. 21 is the balance weight and 20 is the rumination support penetrating penetrating 21. Rubbing support rod 20 silver sleeve
Figure pat00659
and
Figure pat00660
It is integral with the connecting plate 13 for connecting the 24 is a cylinder welded to the device support plate 8
Figure pat00661
and
Figure pat00662
Insert them into the fixing bolt 24
Figure pat00663
and
Figure pat00664
Fix it.

반추 21의 역할은 다음과 같다. 경사봉 9는 물 흐름의 동압력(動壓力)의 힘을 받게 되어 경사봉 9가 도면 12에서 보면 슬리브

Figure pat00665
과
Figure pat00666
를 왼쪽으로 비트는 힘을 전달하게 된다. 반추 21은 이 힘에 반대방향으로, 즉 슬리브
Figure pat00667
과
Figure pat00668
를 오른쪽으로 비트는 힘을 가하게 된다. 이렇게 함으로써 슬리브
Figure pat00669
과
Figure pat00670
과 수직봉
Figure pat00671
과
Figure pat00672
간의 마찰력을 감소시키게 하는 것이다. 반추 21의 위치를 지지봉 20을 따라 조절하여 위에서 언급한 마찰력이 최소로 되게 한다. 물론
Figure pat00673
와
Figure pat00674
간의 마찰을 작게 하기 위해 슬리브
Figure pat00675
과
Figure pat00676
의 내벽을 테플론으로 코팅할 수도 있고 베어링들을 끼울 수 있게 하면 더욱 좋다.The role of ruminant 21 is as follows. The inclined rod 9 is subjected to the force of dynamic pressure of the water flow, and the inclined rod 9 is a sleeve as shown in FIG.
Figure pat00665
and
Figure pat00666
Will transmit the torque to the left. The ruminant 21 is opposite to this force, ie the sleeve
Figure pat00667
and
Figure pat00668
Will apply a torque to the right. By doing this
Figure pat00669
and
Figure pat00670
And vertical rods
Figure pat00671
and
Figure pat00672
It is to reduce the friction of the liver. Adjust the position of the ruminant 21 along the support rod 20 to minimize the friction mentioned above. sure
Figure pat00673
Wow
Figure pat00674
Sleeve to reduce friction between
Figure pat00675
and
Figure pat00676
The inner wall of the can be coated with Teflon or even better if the bearings can be fitted.

도면 12에서 보다시피 변환기

Figure pat00677
와
Figure pat00678
는 뜨개
Figure pat00679
과
Figure pat00680
앞단으로부터 물 흐름 반대방향으로 앞으로 나와 있게 해야 한다. 그 이유는 뜨개 앞부분에서 유속방향이 변하며 유속분포상태를 혼란 시키기 때문이다.As you can see in Figure 12
Figure pat00677
Wow
Figure pat00678
Knitting
Figure pat00679
and
Figure pat00680
It should be forward from the leading edge in the opposite direction of the water flow. The reason for this is that the direction of flow velocity changes in front of the knitting and confuses the flow distribution.

뜨개

Figure pat00681
과
Figure pat00682
를 이용하는 대신 만일에 전원공급의 제한이 없다면(예: 220V 전원공급이 가능하면) 스텝 모터를 이용하여 슬리브
Figure pat00683
과
Figure pat00684
를 수심변화에 따라 상하로 이동시켜 변환기
Figure pat00685
와
Figure pat00686
가 항상 물 흐름 표면층과 접촉하게 할 수 있다.Knitting
Figure pat00681
and
Figure pat00682
If there is no power supply limitation (eg 220V power supply available) instead of using
Figure pat00683
and
Figure pat00684
To move up and down according to the depth change
Figure pat00685
Wow
Figure pat00686
Can always be in contact with the water flow surface layer.

스텝 모터를 이용하려면 수직봉

Figure pat00687
을 나사봉(screw shaft)으로 대치하고 그의 상단은 샤프트 커플링(shaft coupling)으로 스텝 모터와 연결시킨다. 하단부는 실린더 23에 배치되는 베어링에 끼우게 하면 된다. 스텝 모터의 회전방향과 회전수는 수위계 출력신호에 의해 작동하는 스텝 모터 제어회로에 의해 정해진다.Vertical rod to use step motor
Figure pat00687
Is replaced by a screw shaft and the upper end thereof is connected to the stepper motor by a shaft coupling. The lower end may be fitted to a bearing disposed in the cylinder 23. The rotation direction and the rotation speed of the stepper motor are determined by the stepper motor control circuit operated by the level gauge output signal.

도면 13에 사각형 개수로에 유량측정에 필요한 장치들이 배치된 예를 도시했다. 도면 13에서 25는 수위계이고, 26은 전자회로 보호박스, 27은 부분단면 평균유속 측정 장치와 음속 측정 장치에 배치된 변환기들과 수위계 25를 전자회로와 연결하는 고주파 케이블들의 묶음이다. 23은 수직봉

Figure pat00688
과
Figure pat00689
를 고정시키는 동시에 개수로에 앵커로 고정되는 부분단면 평균유속 측정장치의 설치대이다. 13 shows an example in which devices for measuring flow rate are arranged in a square channel. In FIG. 13, 25 is a water gauge, 26 is an electronic circuit protection box, 27 is a bundle of high frequency cables connecting the transducers and the water level meter 25 arranged in the partial cross-sectional average velocity measuring device and the sound velocity measuring device. 23 is a vertical rod
Figure pat00688
and
Figure pat00689
It is an installation table of the partial section average flow rate measuring device which is fixed by anchor at the same time.

28은 수직봉

Figure pat00690
과
Figure pat00691
를 설치대 23에 고정시키는 너트들이고 29는 앵커볼트다. 사다리 개수로인 경우에는 모든 측정 장치들이 사다리꼴 개수로 바닥면에 배치되게 된다.28 is a vertical rod
Figure pat00690
and
Figure pat00691
Are the nuts that fasten to the mounting base 23, and 29 is the anchor bolt. In the case of a ladder channel, all the measuring devices are arranged on the floor with a trapezoidal channel.

본 발명의 유량측정방법은 여러 수심 선을 따라 초음파로 수평평균유속을 측정하여 유량을 연산하는 방법과 달리 다만 한 지점에서 초음파로 부분단면 평균유속만 측정하여 유량을 연산하게 되어있는데, 수심 변화에 따라 유량측정 정확도가 변하지 않으며 초음파 측정장치도 다회선 수평평균유속 측정장치에 비해 훨씬 간단해 진다. 초음파 부분단면 평균유속 측정 장치는 종전의 기술과는 달리 동시에 두 지점에서의 수직평균유속들의 평균치인 부분단면 평균유속을 일시에 측정하게 되어있으며, 수심변화에 따라 변하는 변환기쌍 간의 간격과 이 간격선과 물 흐름 방향과 이루는 각도를 측정하지 않게 되어있으며, 또 변환기쌍들의 초음파 펄스 발사, 수신면들이 서로 마주보게 조절할 필요도 없게 되어있다. 그 외에 수심 변화에 관계없이 항상 수심 구간에서의 음속의 자승을 측정하게 되어있어 유속측정 정확도를 높게 보장한다.Unlike the method for calculating the flow rate by measuring the horizontal average flow rate with ultrasonic waves along various depth lines, the flow rate measuring method of the present invention calculates the flow rate by measuring only the partial cross-section average flow rate with ultrasonic waves at a single point. As a result, the accuracy of flow measurement does not change, and the ultrasonic measuring device is much simpler than the multi-line horizontal average flow measuring device. Unlike the conventional technology, the ultrasonic partial section average flow rate measuring device simultaneously measures the partial cross section average flow rate, which is an average value of the vertical average flow rates at two points, at the same time. It does not measure the angle with the direction of water flow, and also eliminates the need to adjust the transducer pairs for ultrasonic pulse firing and receiving surfaces. In addition, regardless of the depth change, the square of the sound velocity is always measured in the depth section, which ensures high flow velocity measurement accuracy.

1, 2, 18 - 초음파 변환기.
14, 22 - 뜨개(부자).
6, 11 - 슬리브.
3 - 수직봉.
9 - 경사봉.












1, 2, 18-ultrasonic transducer.
14, 22-knitting (rich).
6, 11-sleeve.
3-vertical rods.
9-ramps.












Claims (3)

사각형 인공 개수로에서의 유량측정 방법에 있어 개수로 벽에서부터 간격
Figure pat00692
가 되는 물 흐름 표면에서 간격
Figure pat00693
를 이루는 두 지점에서의 수직평균유속
Figure pat00694
과
Figure pat00695
의 평균치인 부분단면 평균유속
Figure pat00696
를 초음파로 측정하는 동시에 수심
Figure pat00697
를 측정하여 다음 유량
Figure pat00698
측정식으로 유량을 구하는 방법인 바


Figure pat00699



여기서
Figure pat00700
는 사각형 인공개수로의 넓이이고
Figure pat00701
는 물 흐름의 단면적이고
Figure pat00702
은 유량계수인데
Figure pat00703
은 다음 식으로 표현된다.


Figure pat00704



여기서
Figure pat00705
는 개수로 벽면에서부터 수직평균유속
Figure pat00706
가 감소되기 시작하는 지점까지의 간격이고
Figure pat00707
는 벽면에서의 유속
Figure pat00708
와
Figure pat00709
와의 비율
Figure pat00710
이다. 단
Figure pat00711
와
Figure pat00712
은 다음과 같이 측정한다. 초음파 수직평균유속장치를 이용하여 개수로 벽으로부터 약 0.3m 정도 떨어진 지점으로부터 개수로 벽을 향하여 서서히 이동하면서 수직평균유속
Figure pat00713
를 측정하다가 수직평균유속이 감소되기 직전의 위치를 찾아, 이 지점과 개수로 벽까지의 간격을 측정하면
Figure pat00714
가 되고
Figure pat00715
구간에서 한 지점 또는 그 이상의 지점에서 수직평균유속을 측정한 결과를 이용하여
Figure pat00716
구간에서의 유속분포곡선을 작성하고 이 곡선을 개수로 벽 좌표까지 연장시켜 벽면에서의 유속
Figure pat00717
를 구하여
Figure pat00718
를 계산하여
Figure pat00719
와
Figure pat00720
값을
Figure pat00721
계산식에 대입하여
Figure pat00722
값을 구한 다음 유량측정식을 연산하는 장치에 입력, 기억시킨다. 초음파 수직평균유속 측정장치 대신에 일반적인 국부유속계를 이용하여
Figure pat00723
와
Figure pat00724
를 구할 수도 있는바 다만 국부유속계로 수심
Figure pat00725
의
Figure pat00726
되는 수심에서 유속을 측정한다.



The distance from the channel wall in the method of measuring flow in a rectangular artificial channel
Figure pat00692
Water flow gap from surface
Figure pat00693
Vertical average velocity at two points
Figure pat00694
and
Figure pat00695
Average velocity of the partial section, the mean of
Figure pat00696
While measuring ultrasonically
Figure pat00697
Then measure the flow rate
Figure pat00698
Bar to obtain the flow rate


Figure pat00699



here
Figure pat00700
Is the area of the square artificial channel
Figure pat00701
Is the cross-section of the water flow
Figure pat00702
Is the flow coefficient
Figure pat00703
Is expressed by the following equation.


Figure pat00704



here
Figure pat00705
Is the average vertical velocity from the wall
Figure pat00706
Is the interval to the point where
Figure pat00707
Flow rate on the wall
Figure pat00708
Wow
Figure pat00709
Ratio of
Figure pat00710
to be. only
Figure pat00711
Wow
Figure pat00712
Is measured as follows. Using the ultrasonic vertical average velocity device, the vertical average velocity is gradually moved toward the channel from the channel about 0.3m away from the channel.
Figure pat00713
Find the position just before the vertical average flow rate decreases and measure the distance to the wall by this point and the number.
Figure pat00714
Become
Figure pat00715
Using the result of measuring the vertical average velocity at one or more points in the interval,
Figure pat00716
Create a flow velocity distribution curve over the interval and extend this curve to the wall coordinates in number to flow velocity on the wall
Figure pat00717
To obtain
Figure pat00718
By calculating
Figure pat00719
Wow
Figure pat00720
Value
Figure pat00721
Into the formula
Figure pat00722
After the value is obtained, it is input to the device for calculating the flow measurement formula and stored. Instead of the ultrasonic vertical average flow measurement device,
Figure pat00723
Wow
Figure pat00724
You can also get a water bar with a local tachometer
Figure pat00725
of
Figure pat00726
Measure the flow rate at the water depth.



사다리꼴 개수로에서의 유량측정방법에 있어 수평면을 이루는 개수로 바닥구간에서 부분단면 평균유속
Figure pat00727
를 측정하는 동시에 수심
Figure pat00728
를 측정하여, 다음 유량측정식에 의해 유량
Figure pat00729
를 측정하는 방법;


Figure pat00730



여기서
Figure pat00731
는 사다리꼴 개수로의 수평으로 돼 있는 바닥의 넓이이고
Figure pat00732
는 사다리꼴 개수로의 경사면의 경사각도이고
Figure pat00733
는 수심에 따라 변하는 유량계수인데, 다음 식으로 구하여 유량연산장치에 입력, 기억시키고 수위계로 측정되는 수심
Figure pat00734
에 해당되는 유량계수
Figure pat00735
를 계산하여 유량측정식에 대입하게 한다.


Figure pat00736



여기서
Figure pat00737
과
Figure pat00738
은 각기 수심이 최소일 때, 즉
Figure pat00739
때와 수심이 최대 때, 즉
Figure pat00740
일 때의 유량계수들인데
Figure pat00741
과
Figure pat00742
은
Figure pat00743
과
Figure pat00744
때의 유량을 측정하여 물 흐름 단면적
Figure pat00745
로 나누어 물 흐름 총 단면 평균유속
Figure pat00746
를 구하여 개수로 바닥부분에서 측정된 부분단면 평균유속
Figure pat00747
로 나누어
Figure pat00748
,
Figure pat00749
을 구한다. 즉
Figure pat00750



여기서
Figure pat00751
과
Figure pat00752
그리고
Figure pat00753
과
Figure pat00754
은 수심이 최소
Figure pat00755
때와 수심이 최대
Figure pat00756
때의 물 흐름 총 단면 평균유속과 부분단면 평균유속들이다.
단,
Figure pat00757
과
Figure pat00758
때의 유량을 전통적인 국부유속계로 기준유량 측정방법으로 측정할 수도 있고 또는 초음파 수직평균유속계를 이용하여 개수로에서의 물 흐름 넓이를 따라 여러 지점들에서의 수직평균유속
Figure pat00759
와 수심
Figure pat00760
를 측정하여
Figure pat00761
분포곡선을 작성하고 분포곡선으로 제한된 면적을 계산하여 유량을 구한다음 물 흐름 단면적으로 나누어
Figure pat00762
를 구한다.

Average flow velocity of the partial section at the bottom section in the flow path measuring method in the trapezoidal channel
Figure pat00727
While measuring depth
Figure pat00728
By measuring the flow rate
Figure pat00729
How to measure;


Figure pat00730



here
Figure pat00731
Is the area of the floor that is horizontal to the trapezoidal channel
Figure pat00732
Is the angle of inclination of the slope to the trapezoidal channel
Figure pat00733
Is the flow coefficient that varies with the depth, which is obtained by the following equation, entered into the flow calculator, stored, and measured by the water gauge
Figure pat00734
Flow coefficient corresponding to
Figure pat00735
Calculate and substitute into the flow measurement formula.


Figure pat00736



here
Figure pat00737
and
Figure pat00738
Is when each depth is minimum, i.e.
Figure pat00739
When and when the depth is maximum,
Figure pat00740
Are the flow coefficients when
Figure pat00741
and
Figure pat00742
silver
Figure pat00743
and
Figure pat00744
Water flow cross section by measuring the flow rate when
Figure pat00745
Water flow cross section average flow velocity divided by
Figure pat00746
Average velocity of the partial section measured from the bottom part by the number
Figure pat00747
Divided by
Figure pat00748
,
Figure pat00749
. In other words
Figure pat00750



here
Figure pat00751
and
Figure pat00752
And
Figure pat00753
and
Figure pat00754
The minimum depth
Figure pat00755
When and depth is up
Figure pat00756
The total cross-sectional mean flow rates and partial cross-sectional mean flow velocities at time.
only,
Figure pat00757
and
Figure pat00758
The flow rate at the time of measurement can be measured using a conventional local tachometer using a standard flow measurement method or by using an ultrasonic vertical averaged tachometer.
Figure pat00759
And depth
Figure pat00760
By measuring
Figure pat00761
Create a distribution curve, calculate the area limited by the distribution curve, and find the flow rate.
Figure pat00762
.

청구항 1과 2의 유량측정방법을 수행하는 초음파 부분단면 유속
Figure pat00763
의 측정방법과 장치에 있어 두 개의 초음파 변환기쌍을 간격
Figure pat00764
로 격리시키고 물 흐름 반대방향을 향해 배치하되 초음파 변환기쌍들의 한 쪽의 초음파 변환기들은 물 흐름 표면층과 접촉하게 하고 다른 쪽 초음파 변환기들은 개수로 바닥에 고정시키되 초음파 변환기쌍 간의 간격
Figure pat00765
를 이루는 선과 물 흐름 방향과 각도
Figure pat00766
를 이루게 하고 초음파 변환기쌍 하나는 유속방향으로만 초음파 펄스를 발사, 수신하게 하며 다른 초음파 변환기쌍은 동시에 유속 반대방향으로만 초음파 펄스를 발사, 수신하게 하여 초음파 펄스가
Figure pat00767
간격을 유속방향으로 전파한 시간
Figure pat00768
과 유속반대방향으로 전파한 시간
Figure pat00769
를 동시에 측정하여 부분단면 평균유속
Figure pat00770
를 다음 측정식으로 측정하는 방법인데


Figure pat00771



여기서
Figure pat00772
이고
Figure pat00773
가 변하지 않는 정수가 되게 하고
Figure pat00774
은
Figure pat00775
구간, 즉 수심 전 구간에서의 평균유속
Figure pat00776
의 자승이다. 단 수심이 최대 때
Figure pat00777
정도 되게 한다. 그리고
Figure pat00778
로 되게 하기 위해서 개수로에 설치되는 두 개의 수직봉을 수심(수위)변화에 따라 상하로 이동하는 일체로 연결된 수직슬리브에서 유속방향으로 앞쪽에 배치된 베어링 쌍으로 회전 할 수 있는 또 다른 경사슬리브가 배치되어 있고 이 슬리브의 좌우 측으로 베어링 쌍을 관통하는 초음파 변환기 설치봉이 고정되어 있어 회전축 역할을 하는데 설치봉 좌우 양단에 간격
Figure pat00779
를 이루게 초음파 변환기들이 배치돼있고 개수로 바닥과 접촉되는 수평 지지대의 한 끝에 베어링 쌍이 배치되어 있으며 이 베어링을 좌우로 관통하는 다른 초음파 변환기 설치봉과 일체로 된 경사봉이 자유롭게 회전 할 수 있는 경사슬리브를 관통하게 돼있고 수직봉들을 따라 상하로 이동 할 수 있는 수직슬리브 쌍은 유선형으로 된 두 개의 뜨개와 연결시켜 수심(수위)변화에 따라 슬리브 쌍이 이동하게 하든지 스텝 모터를 이용하여 상하로 수심에 따라 이동 시킬 수 있게 돼있는데 이럴 경우에는 수직봉 하나는 나사봉으로 돼있고 축 연결 커플링으로 스텝 모터 축과 연결되며 나사봉에 씌우는 슬리브 내벽도 나사형으로 되어있다,
단 수심 전 구간에서의 평균음속
Figure pat00780
의 자승인
Figure pat00781
측정 장치는 개수로 바닥면에 고정된 베어링과 연결된 최대수심보다 약간 긴 지지봉과 이 지지봉 상단은 뜨개가 연결되어 있고 지지봉 상단과 하단 측에 초음파 변환기들이 배치되어있는 장치에서 초음파 변환기들이 순차로 초음파 펄스를 발사, 수신하게 하고 이 초음파 변환기들 간의 간격
Figure pat00782
를 순차로 초음파 펄스가 전파하는 시간
Figure pat00783
와
Figure pat00784
를 측정하여 다음 식으로 수신 전 구간에서의 음속의 자승
Figure pat00785
를 측정하게 되어있다.


Figure pat00786




Ultrasonic partial cross-sectional flow rate performing the flow measurement method of claim 1 and 2
Figure pat00763
Distance between two pairs of ultrasonic transducers
Figure pat00764
The ultrasonic transducers on one side of the pair of ultrasonic transducers are in contact with the surface layer of the water flow and the other ultrasonic transducers are fixed on the floor by means of the gap between the ultrasonic transducer pairs.
Figure pat00765
Lines and water flow direction and angle
Figure pat00766
One pair of ultrasonic transducers emits and receives ultrasonic pulses only in the flow direction, and the other pair of ultrasonic transducers simultaneously emits and receives ultrasonic pulses in the opposite direction of the flow rate.
Figure pat00767
Time to propagate the gap in the flow direction
Figure pat00768
Propagation in the opposite direction of flow and flow
Figure pat00769
Simultaneous measurement of partial section average flow velocity
Figure pat00770
Is measured by the following measurement


Figure pat00771



here
Figure pat00772
ego
Figure pat00773
Is an integer that does not change
Figure pat00774
silver
Figure pat00775
Average velocity over the interval, i.e. the entire depth
Figure pat00776
It is a square of. Only when the depth is up
Figure pat00777
Let it be. And
Figure pat00778
Another inclined sleeve that can be rotated by a pair of bearings placed forward in the direction of flow from an integrally connected vertical sleeve that moves up and down in accordance with the change in water depth It is arranged and fixed to the left and right sides of the sleeve, and the ultrasonic transducer rod is fixed to act as a rotating shaft.
Figure pat00779
A pair of bearings are arranged at one end of the horizontal support which is in contact with the floor in number and the inclined rod integrated with other ultrasonic transducer mounting rods penetrating this bearing from side to side passes through the inclined sleeve which can rotate freely. The vertical sleeve pair that can move up and down along the vertical rods can be connected with two streamlined knits to move the pair of sleeves according to the change of the water level or move up and down using the step motor. In this case, one of the vertical rods is a screw rod, connected to the stepper motor shaft by the shaft coupling coupling, and the inner wall of the sleeve which is covered with the screw rod is also screw type.
However, average sound speed in all sections of the depth
Figure pat00780
Approved by
Figure pat00781
The measuring device consists of a support rod that is slightly longer than the maximum depth connected to the bearing fixed to the bottom by number, and the upper end of the support rod is knitted and the ultrasonic transducers are sequentially pulsed in a device in which ultrasonic transducers are arranged on the upper and lower sides of the support rod. Launch, receive and space between these ultrasonic transducers
Figure pat00782
The time when the ultrasonic pulse propagates
Figure pat00783
Wow
Figure pat00784
The square of the speed of sound in the section before reception by measuring
Figure pat00785
It is supposed to measure.


Figure pat00786
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