KR20200089591A - 센서 오류 전송기능을 가진 초음파유량계 - Google Patents

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KR20200089591A
KR20200089591A KR1020190135483A KR20190135483A KR20200089591A KR 20200089591 A KR20200089591 A KR 20200089591A KR 1020190135483 A KR1020190135483 A KR 1020190135483A KR 20190135483 A KR20190135483 A KR 20190135483A KR 20200089591 A KR20200089591 A KR 20200089591A
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박석준
안대훈
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주식회사 수인테크
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Abstract

본 발명은, 다회선 초음파유량계에 있어서, 1번에서 n번까지 센서 중 정상적인 유속 측정이 불가능한 적어도 하나의 오류발생센서를 판단하여, 상기 오류발생센서의 번호를 화면에 출력하거나, 일시별로 상기 오류발생센서의 번호를 저장하거나, 상기 오류발생센서의 번호를 외부 기기에 전송하는 것을 특징으로 하는 센서 오류 전송기능을 가진 초음파유량계를 제공한다.

Description

센서 오류 전송기능을 가진 초음파유량계 {ULTRASONIC FLOWMETER HAVING SENSOR ERROR TRANSMISSON FUNCTION}
본 발명은, 상류 및 하류에 설치된 초음파센서에서 수발된 시간차를 이용한 초음파 전파시간차법에 따라 유속을 계산하는 초음파유량계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다회선 초음파유량계에서 일부 센서가 정상 작동하지 못한 경우 이를 판단하여 외부에 알리기 위한 센서 오류 전송기능을 가진 초음파유량계에 관한 것이다.
초음파유량계는 전파시간차 방식을 이용하여, 상류와 하류에 설치된 초음파센서에서 수발된 시간차를 측정하여 유속 및/또는 유량을 계산할 수 있다.
상기 전파시간차법은 초음파가 유체를 통과할 때, 상류에서 하류로 향할 때와 하류에서 상류로 향할 때 전파속도가 다르므로, 이 두 경우의 속도차가 유속에 비례한다는 원리에 근거한다.
도 1은 초음파유량계의 전파시간차법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 관로 또는 수로에 한 쌍의 진동자(A, B)가 신호를 서로 주고받을 수 있도록 대향 설치되어, 유속이 없을 경우에는 제1 진동자(A)에서 제2 진동자(B)로, 제2 진동자(B)에서 제1 진동자(A)로 전파하는 시간 tAB와 tBA는 서로 같다(하기 수학식 A 참조).
[수학식 A]
Figure pat00001
그러나 도 1에 도시한 바와 같이, 유속(flow)이 있는 경우 제1 진동자(A)에서 제2 진동자(B)로 전파하는 시간은 감소(속도는 빨라짐)하고, 제2 진동자(B)에서 제1 진동자(A)로 전파하는 시간은 증가(속도는 느려짐)한다(하기 수학식 B 참조).
[수학식 B]
Figure pat00002
여기서, tAB는 제1 진동자(A)에서 제2 진동자(B)로 전파시 초음파 전파 시간, tBA는 제2 진동자(B)에서 제1 진동자(A)로 전파시 초음파 전파 시간, C는 유체 내 초음파 전파 속도, L은 제1 및 제2 진동자(A, B) 간의 거리, V는 유체의 유속, v는 초음파 전파에 영향을 주는 경로 방향 유속 성분, θ는 유속 방향과 초음파 빔 경로가 이루는 각을 가리킨다.
따라서 시간차(Δt=tBA-tAB)는 유체의 유속에 비례한다는 원리를 이용하여 유속 V를 구하면 하기 수학식 C에 의하여 음속 C와는 무관한 식이 성립된다.
[수학식 C]
Figure pat00003
여기서, d=L×cosθ이다.
그리고 유량 Q는 하기 수학식 D에 의하여 구해질 수 있다.
[수학식 D]
Figure pat00004
각 개발 업체마다 다양한 유동조건을 만족하는 안정적이며 정확한 평균유속
Figure pat00005
를 구하기 위해 여러 가지 다양한 방법을 연구 중에 있으며, 그 중 일반적으로 알려진 방법으로는 가중계수를 이용한 방법이 있다.
5회선의 경우 평균유속
Figure pat00006
는 하기 수학식 E와 같으며,
[수학식 E]
Figure pat00007
여기서 가중계수 Wi는 하기 표 A와 같이 다양하게 알려져 있다.
[표 A]
Figure pat00008
이와 같이, 가중계수를 이용한 유량계수방법은 2005년 12월 유체기계학회의 여러 논문과 KS B ISO/TR 12765 전파시간차 초음파유량계 유량측정방법에도 소개되어 있다.
한편, 만관 상태에서 센서 고장시에는 종래 선행특허문헌1(대한민국특허등록번호 제10-1843138호 “회선단락시 유속 보정방법을 갖는 유속비인지형 초음파유량계”)에서 센서 에러 보상방법으로 어느 정도 보상이 가능하나, 관로 상부에 공기가 차서 공기층이 발생하는 비만관 현상은 외부에서 알 수 있는 방법이 없기에 현장에서 비만관 여부를 확인하고 비만관시 상부 밸브를 열어 공기를 빼, 비만관 현상을 없애야만 정상적인 측정이 가능하다.
이러한 비만관 현상을 방지하기 위해 관로 상부에 에어벤트나 이토변을 장착하나, 현장에서 간혹 비만관 현상이 발생하는 경우가 간혹 있으며, 이때에는 유량오차가 상당히 크게 발생한다. 왜냐하면 유량계는 항상 만관조건으로 상기 수학식 D에 따라 유량을 계산하기 때문에, 비만관이 되면 상부 공기층만큼 유량을 더 많게 측정하게 된다.
예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 5번 센서(가장 상부에 있는 센서)가 비만관 현상으로 측정 불가능한 경우 관경과 무관하게, 하기 표 B처럼 0.35R/0.7R 배치시 9.4% 많게 측정하고, 또 0.4R/0.8R 배치시 5.2% 많게 측정되므로, 5번 센서 측정 불가(비만관을 의심)시 이를 즉시 발견하여 현장에서 확인 및 조치가 필요하므로, 사용자가 5번 센서의 에러 여부를 즉시 알 수 있는 방법이 필요하며 이를 위해 센서 에러 전송기능이 반드시 필요하다.
[표 B]
Figure pat00009
따라서, 위와 같은 문제점을 해결할 수 있는 기술 구현의 필요성이 절실히 요구되는 실정이다.
KR 10-1843138 B1 JP2011-038862A
본 발명은, 다회선 초음파유량계에서 적어도 하나의 오류발생센서를 판단하고, 이를 사용자에게 알려줄 수 있는 센서 오류 전송기능을 가진 초음파유량계를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은, 관로 상부에 공기가 차서 공기층이 발생하는 비만관 현상을 즉각 확인할 수 있도록 하는 초음파유량계를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 다회선 초음파유량계에 있어서, 1번에서 n번까지 센서 중 정상적인 유속 측정이 불가능한 적어도 하나의 오류발생센서를 판단하여, 상기 오류발생센서의 번호를 화면에 출력하거나, 일시별로 상기 오류발생센서의 번호를 저장하거나, 상기 오류발생센서의 번호를 외부 기기에 전송하는 것을 특징으로 하는 센서 오류 전송기능을 가진 초음파유량계를 제공한다.
일 실시예에 따라, 상기 초음파유량계는, 어느 한 회선의 초음파 발사 후, 다른 한 회선의 초음파 발사 전까지 수신신호가 없는 경우에는, 해당 회선의 초음파센서를 오류발생센서로 판단하거나, 어느 한 회선의 초음파 송수신 시간차가 실온도를 기준으로 발생할 수 없는 시간차인 경우에는 해당 회선의 초음파센서를 오류발생센서로 판단할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 초음파유량계는, 사용자입력에 따라 설정된 센서회선수에 해당하지 않는 센서는 상기 오류발생센서에서 제외할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 초음파유량계는, 유량값을 상기 외부 기기에 전송할 때 상기 유량값 이후 한 비트(bit)마다 센서별오류상태를 1 또는 0으로 할당한 패킷단위로 전송하거나, 상기 유량값 이후 한 바이트(byte)마다 센서 에러상태를 할당한 패킷단위로 전송할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 초음파유량계는, 1번에서 n번까지 센서 중 정상적인 유속 측정이 불가능한 적어도 하나의 오류발생센서를 1차로 판단하는 제1 단계, 일정 시간 경과 후 상기 적어도 하나의 오류발생센서에 대하여 유속 측정이 불가능한지 2차로 판단하는 제2 단계, 1차 판단 결과와 2차 판단 결과가 동일한 센서에 대해서는 정상센서 또는 오류발생센서로 확정하는 제3 단계, 어느 한 센서에 대한 1차 판단 결과가 오류발생센서이지만 2차 판단 결과가 정상센서인 경우 정상센서로 확정하는 제4 단계와, 어느 한 센서에 대한 1차 판단 결과가 정상센서이지만 2차 판단 결과가 오류발생센서인 경우 상기 제2 단계 내지 상기 제4 단계를 수행하는 제5 단계를 거쳐 상기 오류발생센서를 판단할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 단계의 상기 일정 시간은, 상기 초음파유량계에 의해 측정되는 유속을 근거로 설정되되, 기 설정된 기준 시간에 유속이 낮아짐에 따라 길게 설정되고, 유속이 빨라짐에 따라 짧게 설정될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 초음파유량계는, 일시별로 저장한 오류발생센서의 번호를 이용하여 오류발생 빈도가 점차 잦아지는 센서에 대해서는 교체신호를 표시할 수 있다.
본 발명에 따른 센서 오류 전송기능을 가진 초음파유량계는 다회선 초음파유량계 중 적어도 하나의 회선 오류시 이를 판단하고 사용자에게 알려줄 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 센서 오류 전송기능을 가진 초음파유량계는, 관로 상부에 공기가 차서 공기층이 발생하는 비만관 현상을 즉각 확인하여, 사용자에게 알려줄 수 있다.
센서 오류를 소정 간격으로 여러 차례 판단하여 오판을 방지할 수 있고, 정상 센서의 고장 발생을 미연에 판단하여 센서의 오류발생에 대해 미연에 대처할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 초음파유량계의 전파시간차법을 설명하기 위한 도면으로, 일반적인 초음파유량계의 설치 구성 단면도이다.
도 2는
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파유량계의 구성도이다.
도 4는 벽면에서 이상적인 유속분포도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파유량계가 포함된 유량측정시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 관제서버 및/또는 관제단말기에서 출력하는 화면의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파유량계에 오류발생센서를 표시하는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파유량계의 오류발생센서 판단과정에 대한 단계별 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파유량계의 구성도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파유량계(100)는 적어도 하나의 유속센서(120), 유속센서(120)에 의해 측정된 유속을 이용하여 유량을 계산하는 제어부(110), 및 상기 초음파유량계(100) 또는 상기 제어부(110)의 동작과 관련된 각종 데이터를 저장하기 위한 저장부(130)를 포함할 수 있다.
다만, 도 3에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 초음파유량계가 구현될 수 있음은 물론이다.
이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.
유속센서(120)는 유체의 유속을 측정하는 센서로서, 관로를 흐르는 유체에 대하여 유량센서로 사용할 수 있다. 유속센서(120)는 초음파식, 열식, 카르만 소용돌이식, 터빈식 등이 있으나 본 발명에 따른 유속센서(120)는 초음파식인 것이 바람직하며, 따라서 본 발명에 따른 초음파유량계(100)는 초음파 전파시간차법에 따라 유속을 측정하여 유량을 계산할 수 있다.
상기 유속센서(120)의 개수는 특별히 한정하지 않으나 통상 3회선 또는 5회선일 수 있으며, 5회선의 경우 원형 관에, 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 각각의 한 쌍의 진동자가 신호를 서로 주고받을 수 있도록 대향 설치될 수 있다.
5회선 유속센서(120)가, 도 1(b)와 같이 배치된 경우, 이상적인 유속프로파일은 도 4에 도시한 바와 같다.
제어부(110)는 상기 유속센서(120)와 통신 가능하도록 전기적으로 연결되어, 유속 및 유량을 산출할 수 있으며, 복수의 센서 중 적어도 하나가 정상적인 유속 측정 불가한 경우 오류가 발생한 센서, 즉 오류발생센서를 판단하여, 오류발생센서의 번호를 출력부(150)를 통해 화면에 출력하거나, 통신부(160)를 통해 외부 기기에 전송하거나, 오류가 발생한 시기별로 오류발생센서의 번호를 저장부(130)에 저장할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제어부(110)는, 1번에서 n번까지 센서 중 정상적인 유속 측정의 가능 여부를 판단할 때, 임의로 선택된 어느 한 회선의 초음파 발사 후 다른 한 회선의 초음파 발사 전까지 수신신호가 없는 경우에는 해당 회선의 초음파센서를 오류발생센서로 판단할 수 있다.
구체적으로, 1번 센서에서 n번 센서까지 순차대로 또는 기 설정된 순서대로 초음파를 발사할 수 있고, 이때 기 설정된 시간을 초음파 발사 간격 주기(tn)로 하여 초음파를 발사하되 상기 초음파 발사 간격 주기(tn)를 초과하여도 초음파를 발사한 해당 회선에서 초음파를 수신하지 못한 경우에는 해당 회선의 초음파센서에 오류가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
일 예로, 1번 회선에서 초음파 발사 후 다음 회선인 2번 회선에서 초음파 발사 전까지, 또는 초음파 발사 간격 주기 tn를 경과하여도 1번 회선의 초음파를 수신하지 못한 경우에는 1번 회선에 오류가 있음을 판단할 수 있다.
또한, 제어부(110)는 초음파 수신신호가 있으나 초음파 송수신 거리 및 실온도를 기준으로 발생할 수 없는 송수신 시간차인 경우에는 해당 회선에 오류가 있음을 판단할 수 있다.
초음파의 전파속도(음속)는 주파수에 무관하나 유체 특성 중 특히 온도에 따라 변할 수 있다. 바닷물이 아닌 염분이 없는 물의 경우 음속은 대략 1400~1500m/s 범위에서 변하고, 온도 0℃에서는 대략 음속 1400m/s를 가지기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(110)는 어느 한 회선의 초음파 수신 시간이, 매질 내 최고 음속(약 1500m/s)에 대비한 어느 한 회선의 송수신 센서 간 거리를 나타내는 시간 내인 경우에는, 해당 회선에 오류가 있음을 판단할 수 있다.
제어부(110)가 이와 같은 방법 등에 따라 오류발생센서를 판단한 경우, 전술한 바와 같이, 해당 오류발생센서의 번호를 출력부(150)에 화면 출력할 수 있다.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 초음파유량계에서 처리된 정보, 구체적으로 제어부(110)가 산출한 유속 및/또는 유량을 외부로 출력하기 위한 디스플레이부를 포함할 수 있다.
디스플레이부는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파유량계에 오류발생센서를 표시하는 예시도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 출력부(150)는 회선별 유속을 막대그래프 형태로 출력할 수 있고, 이에 따라 계산한 순시유량, 산술 또는 가중 평균유속, 적산유량, 유체특성(온도, 압력 등)을 화면에 출력할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따라 오류발생센서 번호를 화면의 일부, 일 예로 화면 상단부에 표시할 수 있다.
일 예로, 화면 상단에 회선번호에 따라 E1 내지 E5 중 적어도 하나로 표시할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따라 제어부(110)는 초음파유량계가 설치된 관의 가장 상부에 있는 센서(5회선의 경우 5번 센서)에 오류가 발생한 것으로 판단한 경우에는, 관의 상부에 공기층이 형성된 것으로 가정하여 상부 밸브를 개방하도록 제어하여 비만관 현상을 제거할 수 있다.
한편, 저장부(130)는 초음파유량계(100)에 포함된 적어도 하나의 구성요소를 제어 또는 구동하기 위한 제어 프로그램 및 그에 따른 데이터를 저장할 수 있다.
저장부(130)는 상기 유속센서(120)에 의해 획득한 유속, 상기 제어부(110)에 의해 산출된 순시유량, 산술 또는 가중 평균유속, 적산유량, 그리고 그 산출 과정 중 도출되는 중간 결과 등을 저장할 수 있고, 이러한 결과를 일시별로 저장할 수 있다. 또 상기 제어부(110)가 센서의 오류발생여부를 판단할 때, 이를 위한 판단 알고리즘 등을 저장할 수 있다.
이러한 저장부(130)는 휘발성 메모리일 수 있으나, 바람직하게는 비휘발성 메모리를 주로 사용할 수 있다. 여기서, 상기 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory, NVM, NVRAM)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지할 수 있는 저장 장치로서, 일 예로, 롬(ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 마그네틱 컴퓨터 기억 장치(예를 들어, 하드 디스크, 디스켓 드라이브, 마그네틱 테이프), 광디스크 드라이브, 마그네틱 RAM, PRAM 등일 수 있다.
한편, 입력부(140)는 사용자로부터 인가되는 각종 입력 데이터를 수신하기 위한 것으로서, 구체적으로 초음파유량계의 회선수나 초음파유량계의 동작을 제어하기 위한 제어 명령에 대한 입력 데이터, 유속 및/또는 유량을 산출하기 위해 필요한 각종 데이터 등을 입력받을 수 있다.
이때, 입력부(140)의 형태는 특별히 한정하지 않으나, 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압식 또는 정전식), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파유량계(100)는 입력부(140)를 통해 사용자로부터 센서회선수를 입력받을 수 있고, 상기 센서회선수에 해당하지 않는 센서는 제어부(110)가 오류발생센서에서 제외할 수 있다.
초음파유량계(100)는 1개, 3개, 또는 5개 등의 회선을 가질 수 있고, 사용자로부터 센서회선수를 입력받는 경우, 입력받은 센서회선수에 해당하지 않는 회선에 대해서는 오류발생여부를 판단하지 않을 수 있고, 판단하더라도 오류발생센서에서 해당 회선의 센서를 제외할 수 있다.
여기서, 입력받은 센서회선수에 해당하는 회선은, 연결가능한 전체 센서회선수에서 상기 입력받은 센서회선수를 뺀 값을 절반으로 나누고, 최저센서번호와 최고센서번호 각각에부터 그 나눈값만큼씩 제외하고 남은 센서번호의 회선일 수 있다.
구체적인 예로서, 초음파유량계(100)에 연결가능한 전체 센서회선수가 5(최저센서번호는 1이고, 최고센서번호는 5이다)이고 입력받은 센서회선수가 3인 경우에는, 연결가능한 전체 센서회선수 5에서 상기 입력받은 센서회선수 3을 뺀 2를 절반으로 나눈값 1만큼, 최저센서번호인 1과 최고센서번호인 5에서 제외하고 남은 센서번호 2, 3, 4일 수 있다.
한편, 통신부(160)는 상기 입력부(140)를 통해 사용자로부터 인가될 수 있는 각종 데이터 또는 정보를 원격의 단말기로부터 수신받거나, 출력부(150)를 통해 외부로 출력할 수 있는 각종 데이터 또는 정보를 원격의 단말기로 전달할 수 있다.
따라서, 초음파유량계(100)는 통신부(160)를 통해, 적어도 하나의 네트워크(N)를 매개로 원격의 단말기와 전기적으로 연결되어, 초음파유량계 및 원격의 단말기는 상호 각종의 데이터 또는 정보를 송수신할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파유량계가 포함된 유량측정시스템의 구성도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유량측정시스템(200)은 유속 및/또는 유량을 측정하는 초음파유량계(100)와, 적어도 하나의 초음파유량계(100)에 의해 측정된 유속 및/또는 유량을 모니터링하거나 제어하기 위한 관제서버(210)와, 상기 적어도 하나의 초음파유량계(100)에 의해 측정된 유속 및/또는 유량을 직접 및/또는 상기 관제서버(210)를 거쳐 수신하여 유속 및/또는 유량을 모니터링하거나 제어하기 위한 관제단말기(220)를 포함할 수 있다.
초음파유량계(100)의 통신부(160)는 WLAN(Wireless LAN), WiFi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등과 같은 무선 인터넷 모듈이나 이동통신 모듈일 수 있고, 또는 블루투스(BluetoothTM, RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication) 등과 같은 근거리 통신(short range communication) 모듈일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 초음파유량계(100)에서 외부 서버 또는 외부 단말기에 전송하는 데이터는 유속 및/또는 유량, 이외에 오류발생센서의 번호를 전송할 수 있다.
이에 따라 관제서버(210) 및/또는 관제단말기(220)는 도 6에 도시한 바와 같은 화면을 출력할 수 있다. 즉, 유속 및/또는 유량 값 이외에 오류발생센서의 번호가 1번인 경우, 도 6(a)에 도시한 바와 같이, E1의 해당 부분에 오류가 발생하였음을 나타내는 표시를 화면에 출력할 수 있고, 또 도 6(b)에 도시한 바와 같이, 오류발생센서의 번호가 1번과 5번인 경우, 도 6(b)에 도시한 바와 같이, E1 및 E5의 해당 부분에 오류가 발생하였음을 나타내는 표시를 화면에 출력할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파유량계(100)가 외부 기기에 유량값을 전송할 때, 유량값 이후 한 비트(bit)마다 센서별오류상태를 나타내는 1 또는 0으로 할당한 패킷단위로 전송할 수 있고, 또 다른 실시예에 따라 상기 유량값 이후 한 바이트(byte)마다 센서별오류상태를 나타내는 정보를 할당하여 패킷단위로 전송할 수 있다.
즉, 초음파유량계(100)에서 외부 기기에 전송하는 데이터는 적산유량, 순간유량, 압력, 평균유속 등의 정보 이외에, 센서별오류상태정보를 포함하여 전송하는 것이 바람직하다.
한편, 앞선 실시예와 다르게, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 초음파유량계(100)는 오류발생센서를 판단할 때, 도 8에 도시한 바와 같은 과정을 거칠 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제어부(110)는, 1번에서 n번까지 센서 중 정상적인 유속 측정이 불가능한 적어도 하나의 오류발생센서를 1차로 판단하는 제1 단계(S110)와, 일정 시간 경과 후 상기 적어도 하나의 오류발생센서에 대하여 유속 측정이 불가능한지 2차로 판단하는 제2 단계(S120)를 거쳐, 최종적으로 적어도 하나의 센서에 대해 정상센서 또는 오류발생센서(S130 ~ S140)로 결정할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(110)는, 일정시간 간격을 두고 2차례 이상 오류발생여부를 판단하고 그에 따라 최종적으로 센서의 오류여부를 결정함으로써, 센서오류여부에 대한 오판 가능성을 줄일 수 있다.
따라서, 1차 판단 결과와 2차 판단 결과가 동일한 센서에 대해서는 정상센서 또는 오류발생센서로 확정하는 제3 단계(S130)를 포함할 수 있지만, 이와 다르게 1차 판단 결과와 2차 판단 결과가 상이하여, 어느 한 센서에 대하여 1차 판단 결과가 오류발생센서이지만 2차 판단 결과가 정상센서인 경우 정상센서로 확정할 수 있다(S140).
유량 측정의 대상이 되는 유체 내에 초음파가 투과하지 못하고 굴절시키거나 반사시키는 물질이 포함되어 있는 경우거나, 서로 다른 매질의 경계가 있는 경우에는, 센서가 정상이더라도 초음파 수신신호를 받지 못하여 오류발생센서로 판단할 수 있다.
어느 한 센서에 대하여 1차 판단 결과가 오류발생센서이지만, 일정 시간이 경과하면, 초음파 수신신호를 차단시키는 물질이 지나가거나 서로 다른 매질 간의 경계에 변화가 생기기 때문에 2차 판단 결과는 정상센서일 수 있다.
이러한 유체 특성의 변화가 있기까지의 상기 일정 시간은, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파유량계(100)에 의해 측정되는 유속을 근거로 설정되는 것이 바람직하며, 피측정대상인 유체의 유속은 일정하지 않기 때문에, 상기 일정 시간은 기 설정된 기준 시간에 유속이 낮아짐에 따라 길게 변경 설정하고 반대로 유속이 빨라짐에 따라 짧게 변경 설정하는 것이 바람직하다.
위의 가정과 다르게, 어느 한 센서에 대한 1차 판단 결과가 정상센서이지만 2차 판단 결과가 오류발생센서일 수 있으며, 이 경우에는 상기 제2 단계 내지 상기 제4 단계를 다시 수행하는 제5 단계를 거쳐 오류발생센서를 판단할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파유량계(100)는, 저장부(130)에 일시별로 저장된 오류발생센서의 번호를 이용하여, 오류발생 빈도가 점차 잦아지는 센서에 대해서는 교체신호를 표시할 수 있다.
제어부(110)는 소정 주기에 따라 적어도 어느 한 센서가 정상센서인지 오류발생센서인지 반복하여 판단할 수 있으며, 센서의 상태나 관내 청소 상태 등에 따라 정상 센서라도 오류발생센서로 판단될 수 있고, 오류발생센서라도 다시 정상 동작하여 정상 센서로 판단될 수 있다.
따라서, 오류발생센서라고 하더라도 고장이 발생한 것으로 단정할 수 없기 때문에, 고장에 의한 센서 교체 신호를 별도로 발생하는 것이 바람직하다.
즉, 센서는 노후화됨에 따라 제어부(110)에 의해 오류발생센서로 판단되는 빈도가 높아지기 때문에, 저장부(130)에 저장된 어느 한 오류발생센서의 이력을 추적하여 소정 기간 동안 어느 한 센서의 오류발생 빈도가 점차 잦아지는 센서에 대해서는 센서가 고장 발생을 예상하여 교체신호를 발생할 수 있고, 이러한 교체신호를 출력부(150)를 통해 화면 출력하거나 통신부(160)를 통해 외부 기기에 전송할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 초음파유량계 110: 제어부
120: 유속센서 130: 저장부
140: 입력부 150: 출력부
160: 통신부 210: 관제서버
220: 관제단말기

Claims (1)

1번에서 n번까지 센서 중 정상적인 유속 측정이 불가능한 적어도 하나의 오류발생센서를 판단하는 다회선 초음파유량계에 있어서,
상기 1번에서 n번까지 센서 중 정상적인 유속 측정이 불가능한 적어도 하나의 오류발생센서를 1차로 판단하는 제1 단계와, 일정 시간 경과 후 상기 적어도 하나의 오류발생센서에 대하여 유속 측정이 불가능한지 2차로 판단하는 제2 단계와, 1차 판단 결과와 2차 판단 결과가 동일한 센서에 대해서는 정상센서 또는 오류발생센서로 확정하는 제3 단계와, 어느 한 센서에 대한 1차 판단 결과가 오류발생센서이지만 2차 판단 결과가 정상센서인 경우 정상센서로 확정하는 제4 단계와, 어느 한 센서에 대한 1차 판단 결과가 정상센서이지만 2차 판단 결과가 오류발생센서인 경우 상기 제2 단계 내지 상기 제4 단계를 수행하는 제5 단계를 거쳐 상기 오류발생센서를 판단하는 제어부;
를 포함하되,
상기 제어부는, 상기 1번에서 n번까지 센서에 대해 순차대로 초음파 발사 간격 주기(tn)로 초음파를 발사하고 상기 초음파 발사 간격 주기(tn)를 초과하여도 발사한 해당 회선에서 초음파를 수신하지 못한 경우에는 해당 회선의 초음파센서에서 오류가 발생한 것으로 판단하며, 관의 최상부에 설치된 상기 n번 센서가 서로 다른 매질의 경계 상에 위치하여 발사된 초음파를 수신하지 못함으로써 해당 센서에 오류가 발생한 것으로 판단한 경우 관의 상부에 공기층이 형성된 것으로 판단하여, 관에 설치된 상부 밸브를 개방함으로써 상기 공기층을 제거토록 하고,
유체 내 초음파가 투과하지 못하고 굴절시키거나 반사시키는 물질이 포함되거나 서로 다른 매질 간에 생기는 경계 변화에 따른 오판을 방지하기 위해, 상기 제2 단계의 상기 일정 시간은, 상기 초음파유량계에 의해 측정되는 유속을 근거로 설정되되, 기 설정된 기준 시간에 유속이 낮아짐에 따라 길게 설정되고, 유속이 빨라짐에 따라 짧게 설정되는 것을 특징으로 하는 센서 오류 전송기능을 가진 초음파유량계.
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KR101843138B1 (ko) 2018-01-09 2018-03-28 (주)수인테크 회선 단락시 유속 보정방법을 갖는 유속비인지형 초음파유량계

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