KR20140024992A - 신호 특성 개선을 위한 ｕ자형 초음파 유량계용 유량 보정핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀에 관한 것으로서, 상세하게는 초음파 유량계의 유량관중 U자형 유량관를 갖는 유량관의 신호 특성을 개선하기 위하여 유량관 내부에 유량 흐름방향으로 유량 보정핀을 방사형으로 부착하여 유동 흐름을 개선하고 초음파의 난반사를 보정하여 신호 특성을 개선하도록 하는 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀에 관한 것이다.

Description

신호 특성 개선을 위한 Ｕ자형 초음파 유량계용 유량 보정핀{FLOW RATE CORRECTION PIN FOR U-TYPE ULTRASONIC-WAVE FLOWMETER IMPROVING SIGNAL FEATURES}

본 발명은 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀에 관한 것으로서, 상세하게는 초음파 유량계의 유량관중 U자형 유량관를 갖는 유량관의 신호 특성을 개선하기 위하여 유량관 내부에 유량 흐름방향으로 유량 보정핀을 방사형으로 부착하여 유동 흐름을 개선하고 초음파의 난반사를 보정하여 신호 특성을 개선하도록 하는 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀에 관한 것이다.

각 가정과 산업현장에 공급되는 상수 및 이로부터 배출되는 하수, 각 가정에 공급되는 가스의 유량, 철강ㆍ화학분야의 냉각수의 순환 등 오늘날 유체를 이용하고 있는 산업분야는 수없이 많으며, 이러한 산업분야들에서는 유관 내를 통과하는 유체의 유량을 적절하게 조절하여 관리하는 것이 매우 중요한 문제이다. 그리고, 이렇게 유체의 관리가 중요한 산업현장에서는 유관에 초음파 유량계를 설치하여, 유관 내를 흐르는 유체의 유량을 측정한다.

종래의 경우, 상/하수도관이나 냉각수관과 같이 직경이 큰 유관(1)에는, 도 1에 도시된 바와 같이 한 쌍의 초음파 진동자(2)를 서로 마주보게 설치하고, 이 초음파 진동자(2) 쌍 사이에서 초음파가 전달되는데 소요되는 시간의 차이를 이용하여 유체의 유량을 측정하였다.

하지만, 각 가정에 연결된 도시가스 공급관과 같이 직경이 작은 유관의 경우, 도 1에 도시된 방식을 이용하면 초음파의 전파경로가 너무 짧아지게 된다. 그런데, 초음파 진동자의 시간측정 분해능(sensitivity)이 한정되어 있는바, 이와 같이 초음파의 전파경로가 너무 짧아지게 되면, 측정된 유속 및 유량의 정확도와 신뢰도가 낮아지게 된다.

상술한 문제를 해결하고자 작은 직경을 가지는 유관에는, 도 2에 도시된 바와 같이 초음파를 유관(1)의 내측면에서 복수 회 반사시켜 초음파의 진행경로를 연장하는 방식을 사용하였다. 그러나, 유관(1)의 직경이 작으면 초음파의 굴절각 및 반사각이 매우 민감하게 변화되므로, 이와 같이 초음파를 유관(1)에 복수 회 반사시키는 경우 초음파 진동자 사이에서 초음파의 수신이 부정확하게 되어 유속 및 유량이 부정확하게 산출되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 국내 공개특허공보 10-2011-0047499호(초음파 유량계)가 개발되었다.

이러한 초음파 유량계는 U자형 유량관을 갖는 것을 특징으로 하는 데, 도 3에 도시된 바와 같이 초음파 유량계(10)는 U자형 유량관(20)과, 플렌지(30)와, 제 1초음파 센서(40)와, 제 2초음파 센서(50)로 구성된다.

U자형 유량관(20)은 초음파가 전달되는 진행경로를 충분히(시간측정 분해능 이상으로) 길게 형성하기 위해 U자형으로 형성되고, 내부로 유체가 유동가능하도록 중공의 형상으로 형성된다. 즉, U자형 유량관(20)은 제 1수평 유로부(21)와, 제 1수평 유로부(21)와 수직으로 연결되는 수직 유로부(23)와, 수직 유로부(23)와 수직 유로부(23) 사이에 설치되는 제 2수평 유로부(25)로 이루어지고, 수직 유로부(23)와 제 2수평 유로부(25)가 교차하는 부분에 반사면(27)이 형성된다.

플렌지(30)는 수평 유로부(21)의 양단에 설치된다.

제 1초음파 센서(40) 및 제 2초음파 센서(50)는 초음파를 발신 및 수신하는 것으로, 제 1초음파 센서(40)는 일측 수평 유로부(21)에 설치되어 하방향으로 초음파를 발신하며, 제 2초음파 센서(50)는 타측 수평 유로부(21)에 설치되어 하방향으로 초음파를 발신한다.

한편, U자형 유량관을 이용한 초음파 열량계는 전파시간차법에 의하여 유량관 내의 유량을 측정한다. 이때 전파 시간차는 다음과 같이 계산된다.

도 4에 도시된 바와 같이 센서간의 거리가 L이고 센서의 설치각도가 θ이고 유속을 V라고 한다면 상류에서 하류측으로 초음파가 전달되는 시간은 아래의 수학식 1과 같다.

그리고, 하류에서 상류측으로 초음파가 전달되는 시간은 아래의 수학식 2와 같다.

유속에 의해 발생하는 두 시간의 차이는 아래의 수학식 3과 같다.

그러므로 유속은 아래의 수학식 4와 같다.

그러나, 이러한 U자형 유량관를 갖는 초음파 유량계는 유동의 변화에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 유동이 U자형 유량관의 한쪽 벽면으로 치우치게 형성되고, 이로 인해 유동 흐름이 불량하고, 초음파의 난반사가 발생하여 신호 특성이 저하되는 문제점이 있다.

국내 공개특허공보 10-2011-0047499호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초음파 유량계의 유량관중 U자형 유량관를 갖는 유량관의 신호 특성을 개선하기 위하여 유량관 내부에 유량 흐름방향으로 유량 보정핀을 방사형으로 부착하여 유동 흐름을 개선하고 초음파의 난반사를 보정하여 신호 특성을 개선하도록 하는 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

U자형 유량관을 구비하는 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀에 있어서, 상기 유량 보정핀은 상기 U자형 유량관의 수직 유로부에 길이 방향으로 방사상으로 부착하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 유량 보정핀은 그 단면 형태가 사각 형태이다.

여기에서 또한, 상기 유량 보정핀은 그 단면 형태가 삼각 형태이다.

여기에서 또, 상기 유량 보정핀은 그 단면 형태가 반구 형태이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀에 따르면, 음파 유량계의 유량관중 U자형 유량관를 갖는 유량관의 신호 특성을 개선하기 위하여 유량관 내부에 유량 흐름방향으로 유량 보정핀을 방사형으로 부착하여 유동 흐름을 개선하고 초음파의 난반사를 보정하여 신호 특성을 개선할 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 초음파 유량계를 나타내는 도면이다
도 3은 종래의 U자형 초음파 유량계의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 초음파 유량계의 측정 원리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 종래의 U자형 초음파 유량계의 유량관 내부 유동 모델링 결과를 나타낸 그림이다.
도 6은 본 발명에 따른 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀의 구성을 나타낸 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀이 적용된 U자형 초음파 유량계의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀이 적용된 U자형 초음파 유량계의 유량관 내부 유동 모델링 결과를 나타낸 그림이다.

이하, 본 발명에 따른 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀의 구성을 나타낸 부분 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀의 구성을 나타낸 정면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀이 적용된 U자형 초음파 유량계의 구성을 나타낸 단면도이다. 도 8에 있어서, 종래와 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 부여한다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀(100)은 금속 재질로 U자형 유량관(20)의 수직 유로부(23)에 각각 서로 대칭되도록 길이 방향으로 방사상으로 부착된다. 여기에서, 유량 보정핀(100)은 도 6의 (a) 및 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 그 단면 형태가 사각 형태이거나, 도 6의 (b) 및 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 그 단면 형태가 삼각 형태이거나, 도 6의 (c) 및 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이 그 단면 형태가 반구 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 유량 보정핀(100)은 U자형 유량관(20)과 동종 또는 이종 재질로 용접 또는 접착제에 의해 결합되는 것이 바람직하고, 개수나 길이는 설계 또는 실험 결과에 따라 가변이 가능하다.

한편, 유량 보정핀(100)을 사용한 후 모델링을 실시하여 보면 도 9에 도시된 바와 같이 개선된 유량 흐름을 관찰할 수 있다. 수직 유로부(23)의 유량 보정핀(100)으로 인하여 유동의 흐름이 안정적으로 변한 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 초음파 유량계 20 : U자형 유량관
21 : 수평 유로부 23 : 수직 유로부
30 : 플렌지 40, 50 : 제 1, 2초음파 센서
100 : 유량 보정핀

Claims (4)

1. U자형 유량관을 구비하는 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀에 있어서,
   상기 유량 보정핀은,
   상기 U자형 유량관의 수직 유로부에 길이 방향으로 방사상으로 부착하는 것을 특징으로 하는 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유량 보정핀은,
   그 단면 형태가 사각 형태인 것을 특징으로 하는 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 유량 보정핀은,
   그 단면 형태가 삼각 형태인 것을 특징으로 하는 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 유량 보정핀은,
   그 단면 형태가 반구 형태인 것을 특징으로 하는 신호 특성 개선을 위한 U자형 초음파 유량계용 유량 보정핀.

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