KR20240022550A - 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명의 주제는 유체가 유동할 수 있는 측정 공간(11)을 형성하는 측정 튜브(10) 및 측정 공간(11) 내에 배치되는 적어도 하나의 방해체(disruptive body; 12)를 갖는, 유체의 유량을 측정하기 위한 유량계(1)로서, 측정 공간(11)에는, 방해체(12)의 하류에, 방해체(12)에서의 와류 형성으로 인해 편향될 수 있는 픽업(pickup; 13)이 추가로 배치된다. 유량계(1)를 통해 흐르는 유체에 대한 유동 저항을 최소화하기 위해, 본 발명에 따르면, 측정 튜브(10)는 방해체(12)의 배치 영역에서 적어도 타원형 단면(Q1)을 갖는다.

Description

유량계

본 발명은 유체가 유동할 수 있는 측정 공간을 형성하는 측정 튜브(측정관; measuring tube) 및 측정 공간 내에 배치되는 적어도 하나의 배플(방해판, baffle)을 갖는, 유체의 유량을 측정하기 위한 유량계에 관한 것으로서, 배플에서의 와류 형성으로 인해 유체가 주변으로 유동될 때 편향될 수 있는 측정값 센서(measured value sensor)가 또한 측정 공간 내의 배플 하류에 배치된다.

여기에서 관심 있는 유량계는 와류 전류 센서라고도 하며 유체, 특히 액체의 유량 측정에 널리 사용된다. 이는 높은 신뢰성과 낮은 제작 비용이 특징이다. 그러나, 측정을 위해 필요한 유체에서의 와류 형성으로 인해 유체에 의한 관통류(throughflow)에서 비교적 높은 압력 손실이 발생하며, 이는 유량계가 통합된 유체 시스템의 에너지 손실을 수반하는 단점이 있다.

압력 손실을 최소화하기 위한 다양한 접근법이 알려져 있다. 예를 들어, 첫 번째 접근법에 따르면, 배플의 최적화된 기하학적 구조에 의해 압력 손실이 최소화될 수 있다. 따라서 원통형 부재 또는 삼각형 배플의 표준 형상과는 다른 여러 가지 배플 기하학적 구조가 지금까지 알려져 있다.

압력 손실을 줄이기 위한 또 다른 접근법은 댐 부재(damming member) 영역에서 측정 튜브의 단면을 최소화하는 것을 포함하는데, 배플까지 좁아지고 배플의 하류에서 다시 넓어지는 측정 공간을 갖는 유량계가 알려져 있다. 그 결과, 여기에서의 측정 단면은 예를 들어 유량계 연결부의 공칭 직경보다 작다. 따라서, 필요한 측정 단면을 가능한 한 작은 공간으로 제한하여 전체 압력 손실을 최소화하려는 시도가 이루어졌다. 본 설명에서, 측정 공간 또는 측정 튜브의 단면은 항상 유동 축(flow axis)이 표면 법선(surface normal)을 형성하는 단면적 상의 단면, 즉 단면적에 수직인 단면을 의미한다.

세 번째 접근법은 배플과 유동 단면 사이의 치수를 최적화하는 것이다. 이를 위해, 측정값의 압력 손실은 먼저 배플의 압력 손실과 별개로 간주될 수 있다. 측정 튜브에 적용되는 것은 소정의 체적 유량에 대해 단면적이 작을수록 압력 손실이 증가한다는 것이다. 배플에 적용되는 것은 마찬가지로 유입 면적이 커질수록 압력 손실도 증가한다는 것이다. 세 번째 접근법에 따르면, 측정 튜브의 단면과 배플의 치수 사이의 관계를 결정하는 데 있어서도 최적화가 가능할 수 있다.

예를 들어, DE 10 2018 101 278 A1에는 유체가 유동될 수 있는 측정 공간을 형성하는 측정 튜브 및 측정 공간 내에 배치되는 적어도 하나의 배플을 갖는, 유체의 유량을 측정하기 위한 유량계가 기술되어 있는데, 배플에서의 와류 형성으로 인해 유체가 주변으로 유동될 때 편향될 수 있는 측정값 센서가 또한 측정 공간 내의 배플 하류에 배치된다. 와류 형성의 최적화를 위해, 측정 공간과 경계를 이루는 내벽에서 배플의 상류에 측정 공간으로 돌출하는 적어도 하나의 돌출부가 형성된다. 이로써 배플에서 형성되는 와류가 증폭될 수 있고, 따라서 상대적으로 높은 전압 레벨이 전체적으로 낮은 압력 손실로 측정값 센서를 통해 출력될 수 있다.

댐 부재의 기하학적 구조는 주로 와류 전류 센서에서 중요한 두 가지 유체 역학적 특성에 영향을 미친다. 이러한 특성 중 하나는 예를 들어 유입 면적에 대해 원통형인 기하학적 구조에 비해 상대적으로 낮은 압력 손실이다. 다른 원하는 특성은 레이놀즈 수(Reynolds number)의 넓은 범위에 걸쳐 가능한 한 일정한 스트로우홀 수(Strouhal number)이다. 이에 따라 주된 측정 변수인 와류 주파수가 이로부터 계산된 유량과 선형 관계를 갖게 된다. 원통형 배플과는 달리, 삼각형 형상의 배플은 여기서 특히 여기에서 우수한 특성을 나타낸다. 두 가지 기하학적 구조의 장점을 결합하려는 다른 형상의 배플은 일반적으로 훨씬 더 복잡한 방식으로 설계되어 있으며, 따라서 실제 제작 과정에서 훨씬 더 힘들고 및/또는 비용이 많이 든다.

유량계의 관통류에서 압력 손실을 단순히 감소시킨다고 해서 반드시 측정값 기록의 효율성이 높아지는 것은 아니다. 전체적으로 낮은 압력 손실과 함께 높은 전압 레벨이 바람직하다.

본 발명의 목적은 유체의 유량을 측정하기 위한 유량계의 추가적인 개선으로서, 측정 튜브 내의 유동 단면의 기하학적 최적화를 통해, 측정 튜브 내에서 유동하는 유체의 압력 손실에 대한 측정값 센서의 전압 전위의 비율을 가능한 한 높게 달성하는 것이 목표이다.

이 목적은 특징부와 함께 청구항 1의 전제부에 따른 유량계로부터 출발하여 달성된다. 본 발명의 유리한 추가적인 진전 사항은 종속항에 명시되어 있다.

본 발명은 측정 튜브가 적어도 배플의 배치 영역에서 타원형 단면을 갖는다는 기술적 교시를 포함한다.

압력 손실에 대한 사용 가능한 측정 신호의 비율은 적어도 배플의 배치 영역에서의 측정 튜브 단면의 유리하게 선택된 타원체 형상에 의해 직접적으로 개선될 수 있으며, 이에 따라 유량계의 효율성이 최대화된다.

측정 튜브의 단면의 타원체 형상은 정확히 배플의 배치 평면에서 그리고 배플 앞과 뒤의 인접한 영역에서, 예를 들어, 측정 튜브의 전체 길이에 대해 또는 배플과 측정 튜브의 유체 입구 또는 유체 출구 사이의 길이에 대해 10% 내지 20%, 20% 내지 30%, 30% 내지 40%, 40% 내지 50%, 50% 내지 60%, 60% 내지 70%, 및/또는 70% 내지 80%의 범위로 존재할 수 있다.

배플의 수직 배플 축에 대한 수평 타원체 형상으로 인해, 배플의 측면으로 와류가 공간적으로 잘 형성될 수 있는, 폭 방향으로 연속적으로 넓은 영역이 제공되는데, 배플을 향해 좁아지는 타원의 보조축(secondary axis)에 걸쳐 수축이 일어나고, 배플 이후 흐름 방향의 수직 방향으로 다시 확장이 일어난다. 따라서 배플의 유입에 대해 유량은 증가하고, 유량은 배플 영역에서 최대를 형성한다.

여기에서 와류는 주로 타원의 주축(main axis) 영역에서 형성되며, 이에 따라 측정값 센서에 대한 압력 변동의 영향 및 그 편향 정도가 측정값 센서의 출력 전압의 높은 전압 레벨에 유리한 영향을 미치고, 동시에 측정값 센서에 대한 유체 효과의 강화를 증가시키기 위해 유체가 또한 가속화된다. 결과적으로, 측정값 센서의 측정 신호와 압력 손실 간의 더 나은 비율에서 긍정적인 효과가 발생한다.

측정 튜브의 측정 공간은 유동 축을 따라 유체 입구와 유체 출구 사이로 연장되며, 유체 입구는 유동 축을 따라 유체 출구 위치까지 연장되는 타원형 단면으로 합쳐지는 원형 단면을 갖는다. 이 정도로, 타원형 단면은 배플 축을 따라 배플 위치로부터 유체 출구까지 원형 단면으로 합쳐진다. 측정 튜브의 측정 공간은 전체 길이에 걸쳐 형성되며, 이에 따라 측정 공간은 원형 단면에서 시작하여 원형 단면으로 끝나고, 타원체 형상은 특히 배플 영역에서 최대값을 갖는다. 이는 타원의 주축과 보조축 사이의 최대 비율이 배플의 위치에 존재함을 의미하며, 이 비율은 배플로부터 유체 입구까지 그리고 배플로부터 유체 출구까지의 거리가 증가함에 따라 감소한다.

배플은 배플 축을 따라 그 자체로 알려진 방식으로 연장되는데, 배플 축은 배플이 바람직하게는 그 단면을 변경하지 않는 축을 형성한다. 여기서 배플 축은 측정 공간을 통해 연장되는 유동 축에 수직으로 연장된다. 배플은 본 발명에 따른 특징부와 함께 원형, 타원형, 유선형, 사다리꼴 또는 삼각형 단면을 가질 수 있다.

타원형 단면은 더 긴 주축 및 주축에 횡방향으로 연장되는 더 짧은 보조축에 걸쳐 있다. 주축과 보조축의 정렬은 여기에서 보조축이 배플 축과 일치하도록 제공된다. 이로 인한 장점은 횡방향으로 연장되는 주축이 배플 옆에 측면으로 더 넓은 공간을 형성하고, 이 공간에서 와류가 형성될 수 있고 와류가 하류로 이동하여 측정값 센서에 더 잘 작용할 수 있다는 것이다.

특히 주축에서 보조축까지의 길이 비율은 1.2 내지 2.0, 바람직하게는 1.25 내지 1.8, 특히 바람직하게는 1.3 내지 1.6의 값을 갖는다. 배플의 받음 표면(surface of attack)에 대한 주축의 길이 비율은 특히 0.15 내지 0.6, 바람직하게는 0.2 내지 0.5, 특히 바람직하게는 0.25 내지 0.45의 값을 갖는다.

유동 축을 따른 측정 공간의 타원형 형상의 추가적인 유리한 실시형태에 따르면, 유체 입구 및/또는 유체 출구의 단면은 타원형 단면의 주축의 길이에 대응하는 직경 치수를 갖는다. 따라서 유체 입구로부터 유체 출구까지 유동 축을 가로지르는 측정 공간의 폭은 일정하게 유지된다. 측정 튜브의 단면은 측정 튜브 내의 배플의 배치 영역에서 본 발명에 따른 타원형 단면의 형성으로 인해 배플의 축 방향으로만 좁아지는 반면, 주축 방향의 단면은 변하지 않고 유지되며, 유체 입구 및/또는 유체 출구의 원형 단면의 직경과 일치한다.

측정값 센서는 측정 공간 내에서 유동 축을 따라 일 부분에 배치되며, 측정 공간의 단면은 타원형 단면을 갖지만 이는 유체 출구를 향하는 방향으로는 다시 원형 단면으로 합쳐진다. 타원형 단면의 주축과 보조축 사이의 비율은 배플 영역보다 측정값 센서의 배치 영역에서 이 정도로 약간 더 작다.

더욱 유리하게, 측정 공간과 경계를 이루는 내벽에서 배플의 상류에 측정 공간으로 돌출하는 적어도 하나의 돌출부가 형성된다. 이에 따라 와류 증폭 효과가 달성되어, 측정 튜브 내의 유체의 낮은 유량에서도 높은 레벨의 측정값 센서의 출력 전압을 또한 얻을 수 있다. 배플 상류에 적어도 하나의 돌출부, 바람직하게는 두 개의 상반되게 배치된 돌출부의 배열이 돌출부에서 예비 난류(pre-turbulence)를 생성하고, 돌출부에서 생성된 난류가 돌출부에서 떨어져 나오고, 형성되는 카르만 와류열(Karman vortex street) 내의 배플에서 형성된 와류를 증폭시킬 수 있다는 것이 이러한 효과의 원인으로 추정될 수 있다. 결과적으로 배플에서 주기적으로 발생하는 증폭된 와류로 인해 측정값 센서에 대한 더 큰 작용이 발생한다. 돌출부들에 의해 한정된 직경이 타원형 단면의 주축과 평행한 두 개의 서로 반대되는 돌출부가 유체 입구 영역 내의 측정 튜브의 내벽에 존재하는 경우 특히 유리하다.

여기서 하류와 상류는 유동 축을 기준으로 이해되어야 하는데, 하류라는 표시는 유체 출구를 향한 유동 축의 방향으로 이해되며, 하류는 유체 입구를 향한 유동 축의 반대 방향인 것으로 이해된다.

본 발명을 개선하는 추가적인 조치는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 설명과 함께 아래에서 더 상세하게 도시될 것이다. 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 기하학적 형상을 갖는 측정 공간을 구비한 유량계의 단면도이고;
도 2는 도 1에 따른 단면의 단면 평면에 대해 90° 회전된 단면 평면을 갖는 유량계의 단면도이고;
도 3a는 배플의 첫 번째 유리한 단면 구조를 도시하고;
도 3b는 배플의 두 번째 유리한 단면 구조를 도시하고;
도 4는 유동 축에서 바라본 측정 공간을 보여주는 유량계의 도면이고;
도 5는 측정 공간의 다양한 단면 구조를 갖는 배플의 개략도이고;
도 6은 배플에서의 와류 형성의 개략도이고;
도 7은 시스(sheath)와 튜브 인서트(tube insert)를 구비한 유량계의 측정 튜브의 변형된 실시형태이고;
도 8은 각각 생성된 압력 차이로 정규화된, 원형 유동 단면과 타원형 유동 단면 간의 측정 전압의 차이를 백분율로 나타낸 도표이고; 및
도 9는 타원형 유동 단면에서 원형 단면으로의 입구에서 출구까지 측정 공간의 관통류에서의 압력 차이에 대한 측정 전압의 도표이다.

유량계(1)의 단면도가 도 1에 도시되어 있는데, 유량계(1)는 도시된 화살표에 따라 유동 축(16)을 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 절단되어 도시되어 있으며 이를 통해 유체가 유동할 수 있다. 유량계(1)는 유량계(1)의 측정 튜브(10)를 통해 유동하는 시간당 유량을 결정하는 역할을 한다. 측정 튜브(10)의 관통 가능한 영역은 측정 공간(11)이라고 하며, 측정 공간(11)의 하류에 배치되어 유체의 유동 영역에 있는 배플(12) 및 측정값 센서(13)가 있다. 배플(12)은 유동 축(16)에 대해 측정값 센서(13) 앞의 상류에 위치하며, 주기적으로 발생하는 와류가 유입에 의해 배플(12)에 형성되어 측정값 센서(13)가 유동 축(16)에 횡방향인 편향 방향으로 편향되게 한다. 측정값 센서(13)의 편향도 마찬가지로 여기에서 주기적으로 발생하며, 이에 따라 측정 전자장치(22)와 함께 형성될 수 있는 측정 요소(21)가 측정값 센서(13)와 함께 배치되어 측정 신호가 도출될 수 있다. 측정 요소(21)는 압전 소자로 설계되는 것이 바람직하다.

배플(12)은 유동 축(16)에 횡방향으로 연장되는 배플 축(12a)을 따라 연장된다. 검(sword) 형태로 측정 공간(11) 내로 돌출하고, 측정 튜브(10)의 외부에서 측정 전자장치 마운트(27)에 장착된 측정 전자장치(22) 아래에 배치되는 측정값 센서(13)는 배플 축(12a)과 평행하게 연장되지만, 이의 하류에 있다.

측정 튜브(10)는 유체 입구(14)로부터 유체 출구(15)까지 연장되며, 유체 입구(14)에 연결부(28)가 도시되어 있다.

본 발명에 따르면, 측정 튜브(10)의 단면은 배플(12)의 배치 영역에서 타원형 단면(Q1)을 갖는다. 반면에, 측정 튜브(10)는 유체 입구(14)의 영역 및 원형 단면(Q0)에 따라 설계된 유체 출구(15)의 영역에서 단면을 갖는다. 유동 축(16)을 따른 측정 공간(11)의 단면은 결과적으로 유체 입구(14)의 원형 단면(Q0)에서 시작하여 배플(12)의 배치 영역에서 타원형 단면(Q1)까지 변하며, 유동 축(16)을 따라 하류의 추가 범위에 있는 유체 출구(15)에서 다시 원형 단면(Q0)으로 합쳐진다. 원형 단면(Q0)은 측정값 센서(13)의 배치 이후에만 변경되며, 예를 들어 배플(12)의 배치 이전보다 하류에서 원형 단면(Q0)을 갖는 유동 축(16)을 따라 더 긴 영역이 있으며, 이는 반대로도 제공될 수 있다. 단면(Q0 및 Q1)은 시각화를 위해 단면 평면에서 수직 축을 중심으로 90° 회전되어 있다.

타원형 단면(Q1)의 타원체 형상은 배플 축(12a)의 확장 방향에 대해 수평으로 설계되고, 타원형 단면(Q1)의 더 긴 주축은 원형 단면(Q0)의 직경과 일치한다.

측정 공간(11) 내로 돌출하는 두 개의 돌출부(20)는 와류 형성을 최적화하기 위해 측정 공간(11)과 경계를 이루는 내벽(19)에서 배플(12)의 상류에 형성된다. 이에 의해 배플(12)에서 형성되는 와류는 증폭되어, 측정값 센서를 통해 비교적 높은 전압 레벨이 전체적으로 낮은 압력 손실로 출력될 수 있다.

결과적으로, 도 2에서 90° 회전된 단면 형상이 보여주듯이, 측정 튜브(10)의 폭은 유체 입구(14)와 유체 출구(15) 사이의 평면의 절반에서 변하지 않는다. 이로 인해 타원형 단면의 주축(17)은 원형 단면(Q0)의 직경과 일치하고, 따라서 도 2의 도면은 측정 튜브(10) 내의 측정 공간(11)의 폭이 유체 입구(14)로부터 유체 출구(15)까지 변경되지 않음을 보여준다. 이 도면은 특히 두 개의 서로 반대되는 돌출부(20)가 측정 공간(11)의 내벽(19)에서 서로 반대되도록 배치되어 있고, 타원형 단면(Q1)의 주축(17)을 따라 외부에 위치하고 있음을 보여주며, 돌출부(20)는 여전히 유체 입구(14) 높이의 원형 단면(Q0) 영역에서 타원형 단면(Q1) 이전에 제공된다.

도 3a는 실질적으로 삼각형 형상에 해당하는 배플(12)의 가능한 단면 형상을 도시하고 있는데, 단면 형상의 삼각형의 기본 형상은 흐름의 반대 방향을 향하는 직사각형 시작부를 가지며, 이로써 유량계(1)를 사용할 때 직접 유동하게 된다. 이 직사각형 시작부로부터 횡방향으로 측정하면, 배플(12)은 타원형 단면(Q1)의 주축(17)과 동일한 방향으로 측정 공간(11) 내의 배플(12)의 설치 위치에 대해 연장되는 폭(B)을 갖는다.

도 3b는 사다리꼴 단면을 갖는 배플(12)의 또 다른 가능한 형상을 도시하고 있는데, 이는 마찬가지로 직사각형 기본 부분을 갖는다.

도 3a 및 도 3b의 배플(12)은 삼각형 형상과 사다리꼴 형상의 넓은 평면 전면이 흐름의 반대 방향을 향하도록 도시된 화살표에 따라 유체가 유동하게 된다.

특히, 도 3a 및 도 3b에 도시된 배플(12)의 단면 형상은 본 발명에 따라 형성된 측정 공간(11)과 함께 측정 튜브(10)에서 특히 유리하게 사용될 수 있다.

도 4는 측정 튜브(10)의 측정 공간(11)을 들여다볼 수 있도록 유동 축(16) 방향에서 유량계(1)를 도시한 도면이다. 정면에서 본 도면은 측정 공간(11)의 내벽(19)에 있는 두 개의 서로 반대되는 돌출부(20)가 또한 돌출되어 있는 원형 단면(Q0)을 보여주는데, 배플(12) 영역의 원형 단면(Q0)은 타원형 단면(Q1)으로 합쳐진다. 상단에 도시된 측정값 센서(13)는 측정 튜브(10)의 외부에서 측정 전자장치 마운트(27)에 장착된 측정 전자장치(22)에 연결되어 있다. 도면은 다시 도 5와 관련하여 더 상세히 설명되는 바와 같이 타원형 단면(Q1)의 타원의 수평 배열을 보여준다.

도 5는 단면이 원형 단면(Q0)에서 시작하여 배플(12) 영역에서 타원형 단면(Q1)으로 합쳐지는 개략도의 단면 변화를 보여준다. 타원형 단면(Q1)의 타원은 수평인 주축(17)을 갖는데, 이에 따라 주축(17)과 배플 축(12a)은 서로 수직이 된다. 반면에, 타원형 단면(Q1)의 타원의 보조축(18)은 도면에 따라 수직 방향으로 배플 축(12a)과 함께 연장된다.

타원은 더 긴 주축(17)과 더 짧은 보조축(18)에 의해 형성되며, 주축(17)의 길이는 원형 단면(Q0)의 직경과 일치한다.

측정 튜브(10)가 배플(12)의 위치까지 점점 좁아지는 단면을 갖는 원형 단면을 유지한다면, 비교용 원형 단면(Q0')이 생성될 것이다. 이와 관련하여, 좁아지는 원형 단면의 직경이 원형 단면(Q0)의 직경의 치수에 대해 변하지 않은 방식으로 일치하는 주축(17)보다 작기 때문에, 와류가 형성되어야 하는 배플(12)의 측면에서의 영역이 단축되는 것이 명확해진다. 반면에, 단축된 보조축(18)은 배플 축(12a)을 따라 배플(12)의 단축부(26)를 제공하며, 이러한 단축부(26) 측정값 센서(13)에 의해 출력될 수 있는 달성 가능한 전압 레벨에 실제 영향을 미치지 않지만, 압력 손실을 감소시킨다.

도 6은 배플(12)의 배치 영역에서 내측 측정 공간(11)을 갖는 측정 튜브(10)의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 유동 축(16)은 흐름 화살표로 도시되어 있고, 측정값 센서(13)는 배플(12)의 하류에 있다.

배플(12)에서 형성되는 와류는 주기적으로 발생하고, 측정값 센서(13)의 측면으로 압력 변동을 제공하여 측정값 센서(13)를 편향시키는데, 이는 궁극적으로 측정 요소(21)에 의해 검출될 수 있다. 여기서 주축(17)은 또한 배플(12) 영역에서 매우 큰 폭을 제공하는데, 이미지 평면에 수직인 타원형 단면(Q1)의 보조축(18)이 단축되었음에도 불구하고 길이가 더 길기 때문이다. 유동은 유동 단면이 감소함에 따라 가속되고, 이로 인해 와류 형성이 증폭되고, 따라서 낮은 유량에서도 측정 요소(21)에서 더 높은 측정 전압이 생성될 수 있다. 그러나 타원형 단면(Q1)의 주축(17)에 해당하는 횡방향으로 배플(12) 영역에서의 측정 공간(11)의 확장된 영역으로 인해, 도 5에 따른 원형 단면(Q0')과 비교하여 공간적으로 넓은 영역이 유지되어, 와류(24)가 유리하게 형성될 수 있다.

도 7은 시스(10a) 및 유량계의 기본 부재인 내부 튜브(10b)를 갖는 측정 튜브(10)의 변형 형태를 도시하고 있는데, 내부 튜브(10b)는 시스(10a) 내로 밀려 들어가, 이 변형에 따른 측정 튜브(10)는 두 부분으로 구성된다.

2-부분 설계의 장점은 특히 높은 압력의 측정 유체를 위한 측정 튜브(10)의 단순화된 제작에 의해 제공되는데, 측정 공간(11)의 내벽의 타원형 단면(Q1) 및 마찬가지로 측정 공간(11) 내의 배플(12)이 사출 성형 시 실제 내부 튜브(10b)와 한 부분으로 유리하게 제작될 수 있기 때문이다. 즉, 더 복잡한 기하학적 구조를 갖는 내부 튜브(10b)가 따라서 사출 성형 공정에 의해 플라스틱으로 제작될 수 있기 때문이며, 내부 튜브(10b)의 플라스틱 사출 성형 공정에서 기하학적 구조의 복잡성은 절단 생산과 비교하여 비교적 중요하지 않다.

그러나, 금속 재료로 시스(10a)를 제작하는 것은 유량계가 측정 유체의 더 높거나 매우 높은 압력에 대해 설계될 수 있다는 점에서 더욱 유리하다. 예를 들어 시스(10a)의 내부 통로(29)가 간단한 방식으로 연속적인 원통형 단면을 가질 수 있고, 예를 들어 드릴링 절차 또는 라인 보링(line boring)을 통해 절단 방식으로 제작될 수 있다는 것도 장점이다. 시스(10a)의 기본 부재는 예를 들어 금속 다이 캐스트(metal die cast) 구성요소로서 제공되거나, 블랭크(blank)로서 상응하는 치수의 원통형 부재 또는 원통형 슬리브(cylindrical sleeve)로부터 회전 부품으로서 제작될 수 있다.

여기서 내부 튜브(10b)의 외경은 시스(10a)의 내경과 일치하고, 따라서 바이패스 통로가 형성되거나 약간의 압착이 발생되는 것이 바람직하다.

유량계를 매우 높은 압력에 적합하게 만들고 제작 능력을 간소화하는 장점은 특히 내부 튜브(10b)가 시스(10a)의 길이와 실질적으로 동일한 길이로 제작될 수 있으며 및/또는 시스(10a)와 내부 튜브(10b)가 작은 개구 또는 측정값 센서용 통로를 제외하고는 그 자체로 압력 밀폐되는 폐쇄된 완전한 원형 단면을 갖는다는 점에서 달성된다.

도 8은 각각 생성된 압력 차이로 정규화된, 분당 리터 단위의 체적 유량에 대해 타원형 유동 단면과 원형 유동 단면 사이의 측정 전압의 차이를 백분율로 나타낸 도표이다. 도표는 각각 압력 차이에 대해 특히 낮은 유량에서, 원형 단면의 측정 신호와 비교하여 측정 공간의 타원형 디자인이 측정 신호를 크게 증가시킬 수 있음을 명확하게 보여준다.

마지막으로, 도 9는 측정 튜브의 입구에서 출구까지 측정된 압력 차이(Δp₁)에 대한 측정 전압(U)의 도표를 보여준다. 본 발명에 따른 타원형 단면을 갖는 압력 손실에 대한 전압(U1)의 진행은, 그래프에 도시된 바와 같이, 타원형 단면의 설계가 없는 압력 손실에 대한 전압(U2)보다 높다.

본 발명의 범위 내에서, 도시된 측정 공간의 타원형 단면은 또한 반드시 수학적 타원과 일치할 필요가 없는 타원체 단면을 포함한다. 따라서, 측정 공간의 내벽에 의해 주축과 보조축의 관통 지점의 영역에서 반경으로 또는 둥근 형태로 디자인된 모서리를 갖거나 평면 벽 부분을 갖는 직사각형 단면은 따라서 본 발명의 의도에 따라 청구된 타원형 단면에 포함될 수도 있다.

1: 유량계
10: 측정 튜브
10a: 시스
10b: 내부 튜브
11: 측정 공간
12: 배플
12a: 배플 축
13: 측정값 센서
14: 유체 입구
15: 유체 출구
16: 유동 축
17: 주축
18: 보조축
19: 내벽
20: 돌출부
21: 측정 요소
22: 측정 전자장치
24: 와류
26: 단축부
27: 측정 전자장치 마운트
28: 연결부
29: 내부 통로
U: 측정 전압
U1: 타원이 있는 압력 손실에 대한 전압
U2: 타원이 없는 압력 손실에 대한 전압
Δp: 입구에서 출구까지의 압력 차이
Q1: 타원형 단면
Q0: 원형 단면
Q0': 비교용 원형 단면
B: 배플의 폭

Claims (15)

1. 유체가 이를 통해 유동할 수 있는 측정 공간(11)을 형성하는 측정 튜브(10) 및 측정 공간(11) 내에 배치되는 적어도 하나의 배플(12)을 갖는, 유체의 유량을 측정하기 위한 유량계(1)로서, 배플(12)에서의 와류 형성으로 인해 유체에 의해 주변으로 유동될 때 편향될 수 있는 측정값 센서(13)가 또한 측정 공간(11) 내의 배플(12) 하류에 배치되는, 유량계(1)에 있어서,
   측정 튜브(10)가 적어도 배플(12)의 배치 영역에서 타원형 단면(Q1)을 갖는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).
   
2. 제 1 항에 있어서,
   측정 튜브(10)의 측정 공간(11)은 유동 축(16)을 따라 유체 입구(14)와 유체 출구(15) 사이로 연장되며, 유체 입구(14)는 배플(12) 위치까지 연장되는 유동 축(16)을 따라 타원형 단면(Q1)으로 합쳐지는 원형 단면(Q0)을 갖는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   타원형 단면(Q1)은 유동 축(16)을 따라 배플(12) 위치로부터 유체 출구(15)까지 원형 단면(Q0)으로 합쳐지는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   배플(12)은 배플(12)이 이를 따라 연장되는 배플 축(12a)을 갖고, 배플 축(12a)은 측정 공간(11)을 통해 연장되는 유동 축(16)에 수직으로 정렬되고 및/또는 배플(12)은 원형, 타원형, 유선형, 사다리꼴, 또는 삼각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).
   
5. 제 4 항에 있어서,
   타원형 단면(Q1)은 더 긴 주축(17) 및 주축(17)에 횡방향으로 연장되는 더 짧은 보조축(18)에 걸쳐 있으며, 타원형 단면(Q1)은 보조축(18)이 배플 축(12a)과 일치하도록 정렬되는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   주축(17)으로부터 보조축(18)까지의 길이 비율은 1.1 내지 2.0, 바람직하게는 1.25 내지 1.8, 특히 바람직하게는 1.3 내지 1.6의 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   배플(12)의 받음 표면(surface of attack)에 대한 주축(17)의 길이의 비율은 0.15 내지 0.6, 바람직하게는 0.2 내지 0.5, 특히 바람직하게는 0.25 내지 0.45의 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   유체 입구(14) 및/또는 유체 출구(15)의 원형 단면(Q0)은 타원형 단면(Q1)의 주축(17)의 길이에 대응하는 직경 치수를 갖고 및/또는 측정 공간(11)의 폭은 유체 입구(14)로부터 유체 출구(15)까지 배플 축(12a)으로부터 횡방향으로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).
   
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   측정값 센서(13)는 측정 공간(11) 내에서 유동 축(16)을 따라 일 부분에 배치되며, 측정 공간(11)의 단면은 타원형 단면(Q1)을 갖고 유체 출구(15)를 향하는 방향으로 원형 단면으로 합쳐지는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).
   
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정 공간(11)으로 돌출하는 적어도 하나의 돌출부(20)가 측정 공간(11)과 경계를 이루는 내벽(19)에서 배플(12)의 하류에 형성되는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).
    
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정 튜브(10)는 시스(sheath; 10a)와 내부 튜브(10b)로 형성되고, 내부 튜브(10b)는 시스(10a) 내로 밀려 들어가는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).
    
12. 제 11 항에 있어서,
    내부 튜브(10b)와 시스(10a)는 유동 축(16) 내에서 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하고; 및/또는 내부 튜브(10b)는 시스(10a)의 길이의 70% 내지 100%를 갖는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).
    
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    내부 튜브(10b) 및/또는 시스(10a)는 완전히 원주방향으로 폐쇄된 단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).
    
14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    내부 튜브(10b)는 플라스틱으로 구성되는 것을 특징으로 하고; 및/또는 시스(10a)는 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).
    
15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    내부 튜브(10b)는 사출 성형 공정에 의해 제작되는 것을 특징으로 하고; 및/또는 시스(10a)는 절단 생산 공정에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는, 유량계(1).

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