KR20170131265A - 도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치 및 방법 - Google Patents

도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부로부터 도관 벽(22)에 부착되고, 진동할 수 있는 초음파 변환기(ultrasonic transducer)(18a, 18b)의 멤브레인(membrane)으로서 작용하는 도관 벽(22)의 일부 구역(32)에 커플링하는 발진체(oscillating body)(34)를 갖는 적어도 하나의 초음파 변환기(18a, 18b)를 사용하여 도관(14)에 유입하는 유체(12)의 유동 속도(flow speed)를 판정하기 위한 측정 장치(10)에 있어서, 상기 발진체(34)의 횡단면보다 횡단면이 더 작은 커플링 피스(coupling piece)(36)가 상기 멤브레인(32)과 상기 발진체(34) 사이에 배열되는, 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치에 관한 것이다.

Description

도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치 및 방법 {MEASURING APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING THE FLOW SPEED OF A FLUID FLOWING IN A CONDUIT}
본 발명은 외부로부터 도관 벽에 부착되고, 진동할 수 있는, 초음파 변환기(ultrasonic transducer)의 멤브레인(membrane)으로서 작용하는 도관 벽의 일부 구역에 커플링하는 발진체(oscillating body)를 갖는 적어도 하나의 초음파 변환기를 사용하여 도관에 유입하는 유체의 유동 속도(flow speed)를 판정하기 위한 측정 장치, 및 도관 ― 이 도관에서, 초음파 변환기가 외부로부터 도관 벽에 부착되고, 진동할 수 있는 멤브레인으로서 일부 구역을 이용하는 도관 벽의 일부 구역에 커플링하는 발진체를 가짐 ― 에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 방법에 관한 것이다.
초음파에 기초하여 유동 속도 또는 관류(throughflow)를 결정하기 위한 상이한 측정 원리들이 공지되어 있다. 도플러 프로세스(Doppler process)에서, 유동 속도에 의존하여 상이한 유동하는 유체에서 반사된 초음파 신호의 주파수 편이(frequency shift)가 평가된다. 차동 비행 시간 프로세스(differential time of flight process)에서, 한 쌍의 초음파 변환기들은 도관의 외부 둘레(outer periphery)에 길이 방향으로 상호 오프셋(mutual offset) 장착되고, 상기 한 쌍의 초음파 변환기들은 초음파 변환기들 사이에 걸쳐진(spanned) 측정 경로를 따르는 유동에 대해 횡방향으로 초음파 신호들을 교대로 전송(transmitting) 및 등록한다(registering). 유체를 통해 이송되는 초음파 신호들은 주행 방향(running direction)에 따라 유동에 의해 가속 또는 감속된다. 결과적인 비행 시간 차이는 유체의 평균 유동 속도를 형성하기 위한 기하학적 파라미터들(geometrical parameters)을 사용하여 계산된다. 용적 유동(volume flow) 또는 관류가 횡단면 영역(cross-sectional area)과 함께 이로부터 발생한다. 보다 정확한 측정들을 위해, 한 쌍의 초음파 변환기들을 각각 갖는 복수 개의 측정 경로들은 또한 하나 초과의 지점에서 유동 횡단면을 검출하도록 제공될 수 있다.
초음파를 생성하는데 사용되는 초음파 변환기들은 발진체, 흔히 세라믹(ceramic) 재료를 갖는다. 전기 신호는, 예컨대, 압전 효과(piezoelectric effect)에 기초한 도움에 의해 초음파로 변환되고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 적용에 따라, 초음파 변환기는 음향 소스(sound source)로서, 음향 감지기(sound detector)로서 또는 양자 모두로서 작동한다. 이 점에 있어서, 유체와 초음파 변환기 사이에는 커플링이 제공되어야 한다. 광범위한 해법은 초음파 변환기가 유체에 직접 접촉하여 도관 안으로 돌출하도록(project) 허용하는 것을 포함한다. 이러한 침입형 프로브들(intrusive probes)은 유동의 교란으로 인해 정확한 측정들을 더욱 어렵게 만들 수 있다. 반대로, 침지형(immersing) 초음파 변환기들은 유체 및 그의 압력과 온도에 노출되며 이에 의해 침전물들로 인해 이들의 기능이 손상되거나 손실될 수 있다.
일반적으로, 내부 벽이 완전히 폐쇄되어 있는 기술들이 또한 공지되어 있다. 일 예는 초음파 변환기들이 외부로부터 도관에 체결되는, 예컨대, US4,467,659에 따른 소위 클램프 인 조립체(clamp-in assembly)이다. 그러나, 직경방향 측정 경로들(diametrical measurement paths) 만이 도관 축을 통해 구현될 수 있으며, 이에 의해 추가 에러들이 비축방향 대칭(non-axially symmetrical) 유동 프로파일들에 의해 생성된다.
EP 1 378 272 B1은 벽의 외부 측에 초음파 생성 엘리먼트들(ultrasound-generating elements)을 부착하는 것을 제안한다. 클램프 온 기술(clamp-on technique)과 달리, 초음파 변환기는, 말하자면, 이러한 관점에서 벽에 통합된다. 나머지 벽보다 실질적으로 더 작은 벽 두께를 갖는 포켓이 초음파 변환기들의 구역에 형성되고 그리고 나머지 벽 두께는 초음파 변환기의 멤브레인을 형성한다. 또한, 클램프 인(clamp-in)으로 공지된 이 조립체는, 말하자면, 도관의 내부 공간에 고정된 조립체와 클램프 온 조립체 사이의 중간 형태이다. 그러나, 비교적 복잡한 다중 부품 변환기(multi-part transducer) 설계가 이 목적으로 사용된다. 그럼에도 불구하고, 방사 표면은 더 높은 주파들에서의 방사에 비해 너무 크게 유지된다.
JP 2000 337 940 A는 압전 소자들(piezoelectric elements)이 도관의 보어(bore)의 베이스에서 도관 벽과 접촉하는 추가의 관류 측정 장치를 도시한다. 충분히 넓은 방사 및 단순한 변환기 설계의 문제점들은 이 점에 있어서 마찬가지로 해결되지 않는다.
DE 102 48 542 A1에서, 초음파 변환기를 매체와 접촉하는 기능 표면에 직접 부착하는 것이 제안되어 있다. 유동 방향으로 컴포넌트를 갖는 경로 정렬(path alignment)은 기능 표면들 그리고 이에 따라 도관의 챔퍼링(chamfering)에 의해 달성된다. 평면이고 방해받지 않는 내부 도관 벽은 이에 의해 배제된다.
따라서, 본 발명의 목적은 초음파에 의해 유동 속도들의 측정을 위한 개선된 변환기 개념을 제공하는 것이다.
이 목적은 독립 장치 청구항에 규정된 바와 같은 측정 장치 및 독립 방법 청구항에 규정된 바와 같은 도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 결정하기 위한 방법에 의해 만족된다. 도입부에서 설명된 클램프 인 원리에 기초한다. 따라서, 초음파 변환기는 외부로부터 도관 벽에 부착되고 그의 발진체는 도관 벽의 일부 구역에 커플링한다. 따라서, 발진체, 예컨대 압전 세라믹(piezoceramic) 재료가 멤브레인으로서 일부 구역을 사용한다. 그 다음에, 본 발명은 멤브레인과 발진체 사이에 커플링 피스(coupling piece)를 배열하는 기본적인 아이디어로부터 시작한다. 이 커플링 피스는 발진체보다 더 얇으며, 실제 적용에서 실질적으로 더 얇다. 따라서, 발진체는 커플링 피스를 갖는 일종의 스탬프(stamp)와 같은 도관 벽 상에 안착되고(seated), 커플링 피스는 멤브레인과 발진체 사이에서 초음파를 전달한다. 이것은 초음파 변환기가 송신기(transmitter)로 작동하는지 수신기(receiver)로 작동하는지의 여부에 따라 양방향으로 발생할 수 있다. 커플링 피스의 치수들은 이러한 설계에 의해 방사 표면의 크기를 제한하는 것이지 발진체의 치수들을 제한하지 않는다. 따라서, 소형 변환기 판 또는 유효 멤브레인 및 대형 발진체가 동시에 가능해진다.
본 발명은 먼저 클램프-인 기술의 모든 이점들, 즉 침입형 프로세스와 유사한 높은 측정 정확도를 갖지만, 내부 공간은 동시에 흐름에 대해 완전히 방해받지 않는 채로 남아있다. 도관 벽 내로 통합되는 초음파 변환기는 매우 넓은 방사 특성 및 비직경 측정 경로들(non-diametrical measurement paths)을 허용한다. 초음파 변환기는 이 점에 있어서 수 개의 부품들로 이루어진 단순한 설계를 가지며 대량 생산에 적합하며 작은 치수들로 저렴하게 제조될 수 있다.
발진체는 바람직하게는 길이 방향 및 횡단 방향으로 발진할 수 있다. 따라서, 발진체는 얇은 커플링 피스 상의 배열체에 의해 이용 가능한 추가적인 자유도(degrees of freedom)를 활용한다. 발진 운동은 필로우를 흔드는 것을 연상시키기 때문에, 발진체는 또한 필로우 오실레이터(pillow oscillator)로 불린다. 도관에 대한 발진체의 하부측의 전체 영역 연결(full-area connection)을 갖는 종래의 배열체에서는 비교 가능한 발진이 전혀 가능하지 않다.
커플링 피스는 바람직하게는 도관 벽과 일체로 형성된다. 커플링 피스는 도관 벽의 통합 부분이다. 이에 따라, 중간 층들이 존재하지 않아, 연결의 기계적 안정성에 문제가 없으며 이상적인 음향 투과(sound transmission)가 존재한다.
측정 장치는, 바람직하게는, 외부로부터 도관 내에 부착되는 포켓을 가지며, 그의 베이스는 커플링 피스가 배열되는 멤브레인을 형성한다. 포켓은 멤브레인을 형성하는 도관 벽의 일부 구역이 나머지 도관 벽보다 실질적으로 더 얇은 결과를 갖는다. 커플링 피스는 발진체와 포켓의 베이스 양자 모두에 대해 횡단면이 작다. 커플링 피스는 바람직하게는, 도관 벽의 일부이고 포켓이 형성될 때 적소에 유지된다.
발진체는 바람직하게는, 적어도 부분적으로 포켓 내에 배열된다. 발진체는 더욱 바람직하게는, 포켓 내에 완전히 수용된다. 이에 의해, 커플링 피스는 또한 비교적 짧게 유지될 수 있고 초음파 변환기의 엘리먼트들은 도관 벽에 통합된다.
포켓은 바람직하게는, 변환기 홀더에 의해 외부를 향해 폐쇄된다. 그 결과, 변환기 홀더는 초음파 변환기 구역의 일종의 커버(cover)이다. 그러나, 예컨대, 연결 라인들 또는 데이터 라인들에 대한 이 커버를 통한 액세스는 가능하게 유지된다.
발진체는 바람직하게는, 변환기 홀더에 탄성적으로 연결된다. 따라서, 발진체는 발진 운동을 제한하지 않으면서 안정된 방식으로 유지된다. 엘라스토머 층은, 예컨대, 이러한 목적을 위해 작동할 수 있다.
포켓은 바람직하게는, 원통형(cylindrical) 또는 절두 원추형(frustoconical) 단면을 갖는다. 이는 전체적으로 원통형 또는 절두 원추형의 형상을 가질 수 있지만, 양자 모두의 혼합물을 가질 수 있다. 게다가, 포켓의 하나 또는 그 초과의 수직 층들에서 직경의 갑작스러운 변화가 있는 단계들이 고려될 수 있다.
발진체는 바람직하게는, 평행 육면체 또는 원통형 형상이다. 이미 설명한 바와 같이, 발진체의 치수들은 커플링 피스를 통한 커플링으로 인해 방사 표면에 의해 결정되지 않는다. 발진체는 바람직하게는, 얇은 세라믹 재료일뿐만 아니라, 수직 방향에서의 그의 횡단면 표면과 유사한 정도의 크기를 갖는다. 발진체는 또한 복수 개의 개별 층들로 구성될 수 있다.
커플링 피스는 바람직하게는, 원통형 또는 절두 원추형 단면을 갖는다. 따라서, 가능할 수 있는 기하학적 변형들이 포켓의 기하학적 변형에 대응한다.
유체는 바람직하게는 액체이다. 가스들의 유동 속도들은 전형적으로 클램프 인 유량계를 사용하여 측정된다. 초음파 주파수들은 가스들과 함께 사용되며 이 가스들은 발진체 및 종래의 설계에서 멤브레인으로서 역할을 하는 도관 벽의 일부 구역의 현실적인 기술적 생산 구현을 또한 허용한다. 설계에 대한 요구들은, 넓은 복사 특성이 파장보다 더 작은 복사 표면들에서만 가능하다는 사실 때문이다. 그러나, 액체들을 위해서는 더 높은 주파수들이 요구된다. 그 다음에, 잔류 벽 두께와 500 ㎛ 이하의 갭들(gaps)을 갖는 4 ㎜ 미만의 방사 표면에 도달해야 할 것이다. 이 문제점은, 본 발명에 따라 커플링 피스에 의해 그리고 발진체 및 방사 표면의 치수들 또는 커플링 피스에 대한 특별한 발진의 의존성에 의해 달성된 상쇄(cancellation)에 의해 해결된다.
측정 장치는 바람직하게는, 그 사이에서 유동을 가지며 유동 방향으로 오프셋되게 서로 대향하여 배치되는 적어도 2 개의 초음파 변환기들을 가지며, 측정 장치는 초음파 변환기들 사이에서 초음파 신호들을 교환하고, 유동과 함께 또는 유동에 대항해서 송신되고 다시 수신되는 초음파의 비행 시간차에 대한 유동 속도를 판정하도록 구성되는 평가 유닛을 갖는다. 따라서, 하나의 초음파 경로만이 초기에 설정된다. 추가적인 초음파 변환기들에 의한 추가 초음파 경로들은 또한 비균질 또는 방해되는 유동을 보다 정확하게 검출하도록 가능하다. 도플러 프로세스가 대안의 측정 원리의 예이다.
본 발명에 따른 방법은, 유사한 방식으로 추가로 개발될 수 있고 그렇게 하는 것과 유사한 이점들을 나타낸다. 이러한 유리한 특징들은 독립항들에 종속된 종속항들에서 예시적이지만, 배타적이지 않은 방식으로 설명되고 있다.
본 발명은, 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 예시로서 추가의 특징들 및 이점들과 관련하여 이하에서 또한 더욱 상세히 설명될 것이다. 도면의 도들은 다음과 같다
도 1은 초음파 변환기들로 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치의 종단면도(longitudinal sectional view)이다.
도 2는 도 1의 초음파 변환기 구역의 상세도이다.
도 3은 초음파 변환기의 발진체의 발진의 개략적인 3 차원 표시이다.
도 4는 초음파 변환기에 대한 도관 벽 내의 포켓의 3 차원 내부도이다.
도 5는 초음파 변환기에 대한 도관 벽 내의 포켓의 외부도이다.
도 6은 포켓의 기하학적 변형에 대한 도 2와 유사한 초음파 변환기의 상세도이다.
도 1은 화살표(16)로 표시된 방향으로 유동하는 관형 도관(14) 내의 유체(12)의 유동 속도 또는 이로부터 계산된 관류를 결정하기 위한 측정 장치(10)의 단순화된 종단면도를 도시한다. 유동 속도의 결정은 예컨대, 한 쌍의 초음파 변환기들(18a, 18b) 사이의 그리고 제어 및 평가 유닛에서의 유동에 대한 초음파 신호들의 송신 및 검출시에 비행 시간들을 평가함으로써, 도입부에서 설명된 차동 비행 시간 방법을 사용하여 이루어진다. 제어 및 평가 디바이스는 도 1에 그 자체로 도시되지 않지만, 초음파 변환기들(18a, 18b)에 대한 그의 연결부들(20a, 20b)에 의해서만 나타낸다. 초음파 변환기들(18a, 18b)의 수는 다른 실시예들에서 달라질 수 있다.
초음파 측정 구역 내의 도관(14)은 측정 장치(10)의 측정 본체를 형성한다. 이 측정 본체가 기존 도관(14)의 통합 부분인 것처럼 표시가 선택되었다. 이는, 원칙적으로 가능하지만, 실제로는, 측정 장치(10)는 조립 후에 기존 도관의 대응하는 섹션을 대체하며, 이를 위해 예컨대 플랜지 연결들에 의해 양측들에 삽입되는 자체 측정 본체로 제조된다.
초음파 변환기들(18a, 18b)은 도관(14)의 도관 벽(22)에 통합된다. 이는, 먼저 도입부에서 설명된 클램프 인 조립체에 해당하지만, 도 2 내지 도 6을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명될 본 발명에 따른 변환기 개념을 갖는다. 초음파 변환기들(18a, 18b)은 변환기 홀더(24)에 의해 외부로부터 지지된다. 이 예시적인 실시예에서, 도관(14) 또는 변환기 홀더(24)는 하우징 또는 커버 파이프(26)에 의해 측정 본체의 구역에서 외부에 바로 둘러싸여진다.
음향 전파 라인(sound propagation lines)(28)에 의해 나타내는 바와 같이, 초음파 변환기들(18a, 18b)의 외향 및 내향 방사 방향들은 도관(14)의 중심 축에 대해 수직이다. 그럼에도 불구하고, 2 개의 초음파 변환기들(18a, 18b)의 축 방향 오프셋(axial offset)을 달성하여 비행 시간차 프로세스에서 측정 효과를 달성하기 위해서는, 예를 들어 20°를 초과하는 넓은 방사 특성이 요구된다. 더 높은 초음파 주파수에서, 특히, 고 kHz 또는 심지어 MHz 범위에서, 이는 그의 직경이 단지 밀리미터의 같은 자리수(the order of magnitude of a millimeter)인 방사 표면을 의미한다.
2 개의 초음파 변환기들(18a, 18b) 대신에, 다중 경로 구성을 갖는 측정 장치(10)에 대해 서로 간에 복수 개의 측정 경로들에 걸치는 복수 쌍들의 초음파 변환기들이 또한 제공될 수 있다. 서로 및 파이프 축에 대해 오프셋된 복수 개의 측정 경로들을 갖는 이러한 다중 경로 카운터를 사용하여 불규칙한 유동(irregular flow) 또는 상류 교란들(upstream disturbances)에 의해 더 정확한 측정이 가능하다. 단일 경로 카운터는 함축적으로 단일 경로에 의해 검출될 수 있는 균질 유동을 요구하거나 단지 이에 의해 복잡한 유동의 제 1 근사치(first approximation)만을 측정한다.
도 2는 본 발명에 따른 변환기 원리에 의한 개선 및 단순화를 보다 정확하게 예시하기 위해 확대도로서의 도관 벽(22) 내의 초음파 변환기(18a)의 구역을 도시한다. 중공 공간 또는 포켓(30)은 도관 벽(22)에 형성되고 변환기 홀더(24)에 의해 외부를 향해 폐쇄된다. 도관 벽(22)의 얇은 벽 일부 구역(32)은 포켓의 구역에서 내부측을 향해 유지되며; 이는 동시에 초음파 변환기(18a)의 멤브레인으로서 작용하고 그리고 초음파 신호를 전송하기 위해 예컨대 압전 세라믹 재료와 같은 그 발진체(34)에 의해 발진하도록 여기되거나; 또는 역으로, 발진체(34)의 일부 구역(32) 상의 도관(14)의 내부로부터의 초음파 신호의 충격으로 발진하도록 여기된다. 얇은 벽 일부 구역(32)은 예상되는 내부 도관 압력을 견딜 정도로 충분히 안정하게 유지된다. 도관 벽(22)은 유동을 교란하거나 침적물들이 침강할 수 있는 리세스들 또는 돌기들 없이 자체적으로 폐쇄된 내부 표면을 형성한다.
발진체(34)는 이제, 멤브레인으로서 작용하는 일부 구역(32) 상에 직접 배치되지 않는다. 커플링 피스(36)에는 오히려 일부 구역(32) 및 발진체(34)의 횡단면 표면보다 훨씬 더 작은 횡단면 표면이 그 사이에 제공된다. 발진체(34)는 커플링 피스(36) 상에 직접 배치된 압전 블록(piezoelectric block)으로서 형성될 수 있다. 발진체(34)와 커플링 피스(36) 사이의 방향 연결 및 추가의 연결 재료 양자 모두가 고려될 수 있다. 게다가, 연결은 힘 전달 커플링, 예컨대, 위에서부터의 클램핑력에 의해서뿐만 아니라 접착제 접합(adhesive bonding) 또는 솔더링(soldering)에 의해서도 수립될 수 있다.
커플링 피스(36)는 결국, 바람직하게는, 부가적인 접촉점들이 생략되도록 도관 벽(22)의 일체형 엘리먼트이다. 이 목적을 위해, 포켓(30) 및 커플링 피스(36)는 바람직하게는, 효율적인 생산 프로세스로 함께 형성되며, 커플링 피스(36)는, 말하자면, 그렇게 하여 적소에 남게된다. 그러나, 음향 투과 및 기계적 견고함에서 예상할 수 있는 문제점들에도 불구하고, 커플링 피스(36)를 일부 구역(32)에서 포켓(30)의 베이스에 별도의 엘리먼트로서 체결하는 것이 배제되어서는 안된다. 발진체는 벽 홀더(24)에서 외부를 향해 항복 방식(yielding manner)으로 유지되며, 이는 스프링(38)으로 나타낸다. 스프링(38)의 예시적인 실제 구현예는 엘라스토머 층이다. 스프링(38)의 힘은, 또한 발진체(34)와 커플링 피스(36) 사이의 연결을 확립하거나 안정화시킬 수 있다.
커플링 피스(36)는 보다 큰 발진체(34)의 동시 활용과 함께 작은 직경을 갖는 변환기 판 또는 방사 표면을 가능하게 한다. 발진체(34) 및 방사 표면의 가능한 치수들은 커플링 피스(36)로 인해 서로 독립적으로 된다. 더 큰 발진체(34)는 주파수 구성을 위해 그리고 요구되는 감도(sensitivity)에 도달하는 것 양자 모두를 위해서 기능적으로 유리하다. 이미 여러 번 언급한 바와 같이, 넓은 방사 특성을 위해 더 높은 주파수들에서 작은 방사 표면이 실제로 요구된다. 이러한 초기의 모순되는(contradictory) 요구들은 커플링 피스(36)에 의해 동시에 만족될 수 있다.
도 3은 발진체의 발진 거동(oscillating behavior)을 설명하기 위해 발진체(34)의 개략적인 3 차원 표시를 다시 별개로 도시한다. 발진체(34)의 특정의 평행 육면체 형상 또는 입방체 형상 기하학 및 동등한 발진에 의한 특정 변형이 예시적으로 이해되어야 한다. 발진체(34)는 예시적으로 필로우 진동(pillow oscillation)으로 불리는 작동시 특별한 발진 ― 이는 커플링 피스(36)에 대한 단지 작은 표면 고정으로 인해 그리고 수직 방향 및 측면 방향으로의 그의 기하학적 범위로 인해 강력하게 흔들리는 필로우를 연상시키기 때문임 ― 을 실행한다. 이는 용적 공진(volume resonance)으로 이해될 수 있다. 발진체(34)는 종 방향으로, 즉 도 3에서 수직 방향으로 더 짧아지는 반면, 이는 모든 측들에서 횡 방향으로 두꺼워진다. 이는 특히 블록 기하학적 형상으로 인해 횡방향 에지들에서 현저하다. 길이 방향의 단축(shortening)도 균일하지는 않지만, 오히려 중심부에서는 대단히 매우 현저하지만, 코너들은 덜 움직인다. 이러한 발진은 커플링 피스(36)에 의해 멤브레인 또는 일부 구역(32)으로 전달되거나, 이와 반대로 멤브레인이 입사(incident) 초음파에 커플링 피스(36)를 통해 발진체(34)를 발진으로 설정한다.
발진체(34)는 바람직하게는, 수백 kHz 내지 수 MHz의 주파수 범위에서 작동하지만, 이 원리는 또한 수 kHz 내지 적어도 10 MHz에서 작동한다. 특정의 유용한 주파수들이 발진체(34)의 구성에서 고려되도록 기하학적 형상에 의해 그리고 재료에 의해 고정된다. 발진체(34)는 바람직하게는 그 공진들 중 하나에서 작동되고; 커플링 피스(36)는 그 공진에서 또는 그 공진 아래에서 작동된다. 일부 구역(32)의 공진은 또한 선택적으로 사용될 수 있다.
도 4는 3 차원 단면도로 커플링 피스(36)를 갖는 포켓(30)을 다시 도시한다. 포켓(30)은 상부 구역에서 원통형이고 절두 원추형 형상으로 인해 내측으로 테이퍼진다. 이에 의해, 내부 윤곽(inner contour)은 일부 구역(32)의 방향으로 감소하며, 이 일부 구역은 따라서 또한 특히 커플링 피스(36)로 인해 발진체(34)보다 더 작을 수 있는 포켓(30)의 상부 구역의 횡단면보다 작은 표면을 갖는다. 커플링 피스(36)는 본 실시예에서 원통형 형상이다. 도 5는 준비된 포켓(30) 및 커플링 피스(36)를 갖는 도관 벽(22)의 사진을 도시한다.
도 6은 도 23과 유사하지만 포켓(30)의 상이한 기하학적 형상을 갖는 초음파 변환기(18a)의 구역에서의 측정 장치(10)의 종단면을 다시 도시한다. 포켓(30)이 일부 구역(30)을 향해 이전에 원추형으로 테이퍼져 있는 반면, 발진체(34)의 구역에서 더 큰 실린더 직경을 가지며 커플링 피스(36)의 구역에서 작은 실린더 직경을 갖는 포켓의 단차식 구성이 도 6에 도시된다. 이들은 단지 포켓 기하학적 형상의 예들이다. 포켓(30)은 또한 실린더 단면들과 원추 단면들의 다른 조합들로, 또는 심지어 다른 기하학적 형상들로 더 많은 단차들을 갖는 임의의 횡단면 감소없는 원통형일 수 있다. 이는 또한 커플링 피스(36)에 따라 매우 많이 적용하지만; 발진체에 대해 현저히 작은 횡단면 표면의 조건이 여전히 유효하다. 예컨대, 입방체의, 또는 평행 육면체의 또는 원통형의 형상이 발진체에 대해 고려될 수 있다.

Claims (15)

  1. 외부로부터 도관 벽(22)에 부착되고, 진동할 수 있는, 초음파 변환기(ultrasonic transducer)(18a 내지 18b)의 멤브레인(membrane)으로서 작용하는 도관 벽(22)의 일부 구역(32)에 커플링하는 발진체(oscillating body)(34)를 갖는 적어도 하나의 초음파 변환기(18a 내지 18b)를 사용하여 도관(14)에 유입하는 유체(12)의 유동 속도(flow speed)를 판정하기 위한 측정 장치(10)에 있어서,
    상기 발진체(34)의 횡단면(cross-section)보다 횡단면이 더 작은 커플링 피스(coupling piece)(36)가 상기 멤브레인(32)과 상기 발진체(34) 사이에 배열되는,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발진체(34)는 종 방향 및 횡 방향으로 진동할 수 있는,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 커플링 피스(36)는 상기 도관 벽(22)과 일체로 구성되는,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 장치는 포켓(pocket)(30)을 포함하고, 상기 포켓은 상기 외부로부터 도관(14)에 부착되고 상기 포켓의 베이스는 상기 커플링 피스(36)가 배열되는 멤브레인(32)을 형성하는,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 발진체(34)는 상기 포켓(30)에 적어도 부분적으로 배열되는,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 포켓(30)은 변환기 홀더(transducer holder)(24)에 의해 상기 외부를 향해 폐쇄되는,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 발진체(34)는 상기 변환기 홀더(24)에 탄성적으로 연결되는,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치.
  8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포켓(30)은 원통형 또는 절두 원추형 단면(frustoconical section)을 갖는,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발진체(34)는 평행 육면체 형상 또는 원통형 형상인,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플링 피스(36)는 원통형 또는 절두 원추형 단면을 갖는,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체(12)는 액체인,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 장치는, 그 사이에서 유동을 가지며 유동 방향으로 오프셋되게 서로 대향하여 배치되는 적어도 2 개의 초음파 변환기들(18a 내지 18b)을 가지며, 상기 측정 장치는 초음파 변환기들(18a 내지 18b) 사이에서 초음파 신호들을 교환하고, 유동과 함께 또는 유동에 대항해서 송신되고 다시 수신되는 초음파의 비행 시간차에 대한 유동 속도를 판정하도록 구성되는 평가 유닛(evaluation unit)을 갖는,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치.
  13. 도관(14)에 유입하는 유체(12)의 유동 속도를 판정하기 위한 방법으로서,
    초음파 변환기(18a 내지 18b)가 외부로부터 도관 벽(22)에 부착되고, 진동할 수 있는 멤브레인으로서 일부 구역(32)을 이용하는 상기 도관 벽(22)의 일부 구역(32)에 커플링하는 발진체(34)를 갖는, 도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 방법에 있어서,
    상기 방법은, 상기 횡단면이 상기 발진체(34)의 횡단면보다 작은 커플링 피스(36)에 의해 상기 멤브레인(32)과 상기 발진체(34) 사이에서 초음파를 전달하는 단계를 포함하는,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 발진체(34)를 종 방향 및 횡 방향의 진동으로 설정하는 단계를 포함하는,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 도관 벽(22)과 일체로 형성되는 커플링 피스(36)에 의해 상기 발진체(34)와 상기 도관 벽(22) 사이에서 상기 초음파를 직접 전달하는 단계를 포함하는,
    도관에 유입하는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 방법.
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