KR20240028286A - 마찰 손실 기반 차압식 유량 측정 방법, 장치 및 파라미터 학습 방법 - Google Patents
마찰 손실 기반 차압식 유량 측정 방법, 장치 및 파라미터 학습 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240028286A KR20240028286A KR1020230081838A KR20230081838A KR20240028286A KR 20240028286 A KR20240028286 A KR 20240028286A KR 1020230081838 A KR1020230081838 A KR 1020230081838A KR 20230081838 A KR20230081838 A KR 20230081838A KR 20240028286 A KR20240028286 A KR 20240028286A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fluid
- pipe
- flow rate
- parameter
- information
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 73
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 245
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 claims abstract description 41
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 21
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 5
- 238000002986 genetic algorithm method Methods 0.000 claims description 3
- 238000011478 gradient descent method Methods 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 16
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—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 using mechanical effects
- G01F1/34—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 using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
- G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
- G01F15/02—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
- G06N3/02—Neural networks
- G06N3/08—Learning methods
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Computational Linguistics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
마찰 손실 기반 차압식 유량 측정 방법, 장치 및 파라미터 학습 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 유량 측정 방법은 유체가 통과하는 배관에 설치된 측정 센서로부터 상기 배관에 대한 배관 정보를 수신하는 동작과, 상기 배관 정보에 기초하여 상기 유체의 물성을 계산하는 동작과, 상기 유체의 상기 배관 내 제1 통과 경로에서 발생하는 상기 유체의 압력 손실과 관련된 제1 파라미터를 획득하는 동작과, 상기 유체의 상기 배관 내 제2 통과 경로에서 발생하는 상기 유체의 압력 손실과 관련된 제2 파라미터를 획득하는 동작과, 상기 배관 정보, 상기 유체의 물성, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 기초하여, 상기 유체의 유량을 출력하는 동작을 포함할 수 있다.
Description
아래 개시는 마찰 손실 기반 차압식 유량 측정 방법, 장치 및 파라미터 학습 방법에 관한 것이다.
유량계(flow meter)는 유체(fluid)의 속도(velocity)나 유량(flow rate)을 측정하기 위한 장치이다. 유체의 상(phase)(예: 액체(liquid), 기체(gas), 및 다상(multiphase)), 유체의 특성(예: 밀도(density), 점도(viscosity), 및 탁도(turbidity)), 유량 수준은 측정 대상 시스템에 따라 큰 차이가 있으며, 각 조건에서의 유량 측정을 위해 다양한 방식의 유량계가 개발되어 사용되고 있다.
액체 상에 대해 체적 유량(volumetric flow rate)을 측정하는 유량계 중 대표적인 방식으로는 전자식 유량계(magnetic flowmeter), 초음파유량계(ultrasonic flowmeter), 차압식 유량계(differential pressure flowmeter)를 들 수 있다.
전자식 유량계는 자기장(magnetic field)하에서 도전성(conducting) 유체에 생성된 전압차를 이용해 유량을 측정한다. 전자식 유량계는 유량 측정 정확도가 높다는 장점을 가지고 있으나, 유체에 자기장을 가하기 위한 장치의 크기로 인해 배관 일부를 교체해야 하고 유량계 자체의 단가가 높다는 단점을 갖는다.
초음파 유량계는 유체에 초음파를 가했을 때의 투과 소요 시간(transit time) 또는 도플러 편이(Doppler shift)에 따른 주파수 변화를 이용해 유량을 측정한다. 초음파 유량계는 앞서의 두 방식과는 다르게 설치가 쉽다는 장점을 가지고 있으나, 단가가 높고 정확도가 낮다는 단점을 갖는다.
차압식 유량계는 유체가 통과하는 배관의 단면적 변화에 따른 압력차를 이용해 유량을 측정한다. 예를 들어, 차압식 유량계는 벤츄리 유량계(venturi flow meter)와 오리피스 유량계(orifice flowmeter)가 존재한다. 차압식 유량계는 단가가 낮다는 장점이 있으나, 배관 내에 설치해야 하는 단면적 변화 장치로 인해 유체의 흐름이 방해되고 설치 자체의 어려움이 있으며, 측정 정확도 역시 높지 않다는 단점을 갖는다.
위에서 설명한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
배관 내 액체상 유동에 대한 유량 측정 시 유체의 흐름을 방해하지 않고 설치 편의성을 높이기 위해서, 마찰 손실 기반의 차압식 유량 측정 기술이 요구된다.
일 실시예는 유체의 배관 내 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치가 포함되지 않은 제1 통과 경로에서 발생하는 유체의 압력 손실과 관련된 제1 파라미터 및 유체의 배관 내 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치가 포함된 제2 통과 경로에서 발생하는 유체의 압력 손실과 관련된 제2 파라미터에 기초하여, 유량을 측정하는 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예는 실제 유량과 유량 측정 장치로부터 측정된 유량을 비교하여, 제1 파라미터 및 제2 파라미터를 학습시키는 기술을 제공할 수 있다.
다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
일 실시예에 따른 유량 측정 방법은 유체가 통과하는 배관에 설치된 측정 센서로부터 상기 배관에 대한 배관 정보를 수신하는 동작과, 상기 배관 정보에 기초하여 상기 유체의 물성을 계산하는 동작과, 상기 유체의 상기 배관 내 제1 통과 경로에서 발생하는 상기 유체의 압력 손실과 관련된 제1 파라미터를 획득하는 동작과, 상기 유체의 상기 배관 내 제2 통과 경로에서 발생하는 상기 유체의 압력 손실과 관련된 제2 파라미터를 획득하는 동작과, 상기 배관 정보, 상기 유체의 물성, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 기초하여, 상기 유체의 유량을 출력하는 동작을 포함할 수 있다. 상기 배관 정보는 상기 유체의 압력에 관한 정보와, 상기 유체의 온도에 관한 정보와, 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치의 제어 상황에 대응되는 제어 상황 정보를 포함할 수 있다. 상기 제1 통과 경로는, 상기 유체가 상기 배관을 통과하는 경로 중 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치가 포함되지 않은 경로일 수 있다. 상기 제2 통과 경로는, 상기 유체가 상기 배관을 통과하는 경로 중 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치가 포함된 경로일 수 있다.
상기 측정 센서는, 상기 유체의 압력을 측정하는 압력계와, 상기 유체의 온도를 측정하는 온도계와, 상기 장치의 제어 상황을 측정하는 제어 상황 측정계를 포함할 수 있다.
상기 제1 파라미터는, 상기 배관의 직경, 상기 배관의 내부 표면의 거칠기, 및 상기 압력계 사이의 거리를 포함할 수 있다.
상기 제2 파라미터는, 상기 제어 상황 정보에 따른 상기 장치의 압력 손실 계수의 계산 수식을 포함할 수 있다.
상기 유체의 유량을 출력하는 동작은, 상기 배관 정보, 상기 유체의 물성, 상기 제1 파라미터에 기초하여, 상기 배관 내 제1 통과 경로를 통과하는 유체의 유량을 계산하는데 필요한 상기 배관의 마찰 계수를 획득하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 유체의 유량을 출력하는 동작은, 상기 배관 정보, 상기 유체의 물성, 상기 제2 파라미터에 기초하여, 상기 배관 내 제2 통과 경로를 통과하는 유체의 유량을 계산하는데 필요한 상기 장치의 압력 손실 계수를 획득하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 유체의 유량을 출력하는 동작은, 상기 배관 정보, 상기 유체의 물성, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 기초하여, 상기 배관을 통과하는 유체의 유속을 계산하기 위한 유량 계산 모델을 생성하는 동작과, 상기 유량 계산 모델을 해석하여, 상기 유체의 유속을 획득하는 동작과, 상기 유체의 유속에 기초하여, 상기 유체의 유량을 출력하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 유체의 유속을 획득하는 동작은, 해석적 방법(analytical method), 수치해석적 방법(numerical method), 및 모델 근사 방법(model estimation method) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 유량 계산 모델을 해석하는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 유량 측정 장치는 하나 이상의 인스트럭션을 저장하는 메모리와, 상기 인스트럭션을 실행시키기 위한 프로세서를 포함하고, 상기 인스트럭션이 실행될 때, 상기 프로세서는 복수의 동작들을 수행하고, 상기 복수의 동작들은, 유체가 통과하는 배관에 설치된 측정 센서로부터 상기 배관에 대한 배관 정보를 수신하는 동작과, 상기 배관 정보에 기초하여 상기 유체의 물성을 계산하는 동작과, 상기 유체의 상기 배관 내 제1 통과 경로에서 발생하는 상기 유체의 압력 손실과 관련된 제1 파라미터를 획득하는 동작과, 상기 유체의 상기 배관 내 제2 통과 경로에서 발생하는 상기 유체의 압력 손실과 관련된 제2 파라미터를 획득하는 동작과, 상기 배관 정보, 상기 유체의 물성, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 기초하여, 상기 유체의 유량을 출력하는 동작을 포함할 수 있다. 상기 배관 정보는, 상기 유체의 압력에 관한 정보와, 상기 유체의 온도에 관한 정보와, 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치의 제어 상황에 대응되는 제어 상황 정보를 포함할 수 있다. 상기 제1 통과 경로는, 상기 유체가 상기 배관을 통과하는 경로 중 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치가 포함되지 않은 경로일 수 있다. 상기 제2 통과 경로는, 상기 유체가 상기 배관을 통과하는 경로 중 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치가 포함된 경로일 수 있다.
상기 측정 센서는, 상기 유체의 압력을 측정하는 압력계와, 상기 유체의 온도를 측정하는 온도계와, 상기 장치의 제어 상황을 측정하는 제어 상황 측정계를 포함할 수 있다.
상기 제1 파라미터는 상기 배관의 직경과, 상기 배관의 내부 표면의 거칠기와, 상기 압력계 사이의 거리를 포함할 수 있다.
상기 제2 파라미터는 상기 장치 제어 상황 정보에 따른 압력 손실 계수 계산 수식을 포함할 수 있다.
상기 유체의 유량을 출력하는 동작은, 상기 배관 정보, 상기 유체의 물성, 상기 제1 파라미터에 기초하여, 상기 배관 내 제1 통과 경로를 통과하는 유체의 유량을 계산하는데 필요한 상기 배관의 마찰 계수를 획득하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 유체의 유량을 출력하는 동작은, 상기 배관 정보, 상기 유체의 물성, 상기 제2 파라미터에 기초하여, 상기 배관 내 제2 통과 경로를 통과하는 유체의 유량을 계산하는데 필요한 상기 장치의 압력 손실 계수를 획득하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 유체의 유량을 출력하는 동작은, 상기 배관 정보, 상기 유체의 물성, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 기초하여, 상기 배관을 통과하는 유체의 유속을 계산하기 위한 유량 계산 모델을 생성하는 동작과, 상기 유량 계산 모델을 해석하여, 상기 유체의 유속을 획득하는 동작과, 상기 유체의 유속에 기초하여, 상기 유체의 유량을 출력하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 유체의 유속을 획득하는 동작은, 해석적 방법(analytical method), 수치해석적 방법(numerical method), 및 모델 근사 방법(model estimation method) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 유량 계산 모델을 해석하는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 파라미터 학습 방법은 유체가 통과하는 배관에 설치된 유량계로부터 실제 유량을 수신하는 동작과, 유량 측정 장치로부터 측정된 유량과 상기 실제 유량을 비교하여, 상기 유체의 상기 배관 내 제1 통과 경로에서 발생하는 상기 유체의 압력 손실과 관련된 제1 파라미터, 및 상기 배관 내 제2 통과 경로에서 발생하는 상기 유체의 압력 손실과 관련된 제2 파라미터를 학습시키는 동작과, 학습된 제1 파라미터 및 제2 파라미터를 메모리에 저장하는 동작을 포함할 수 있다. 상기 제1 통과 경로는, 상기 유체가 상기 배관을 통과하는 경로 중 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치가 포함되지 않은 경로일 수 있다. 상기 제2 통과 경로는, 상기 유체가 상기 배관을 통과하는 경로 중 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치가 포함된 경로일 수 있다.
상기 제1 파라미터는, 상기 배관의 직경과, 상기 배관의 내부 표면의 거칠기와, 상기 압력계 사이의 거리를 포함할 수 있다.
상기 제2 파라미터는, 상기 장치의 제어 상황에 대응되는 제어 상황 정보에 따른 압력 손실 계수 계산 수식을 포함할 수 있다.
상기 제1 파라미터 및 제2 파라미터를 학습시키는 동작은, 유량 측정 장치로부터 측정된 유량과 상기 실제 유량의 차이에 기초하여, 경사 하강법(gradient descent method) 또는 유전 알고리즘 방법(genetic algorithm method) 중 어느 하나의 방법을 통해 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터를 학습시키는 동작을 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 유량 측정 장치와 배관 시스템을 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 유량 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 유량 측정 방법의 흐름도 일 예를 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 유량 측정 장치의 학습 방법의 흐름도 일 예를 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 따른 학습 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 장치의 일 예를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 유량 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 유량 측정 방법의 흐름도 일 예를 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 유량 측정 장치의 학습 방법의 흐름도 일 예를 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 따른 학습 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 장치의 일 예를 나타낸다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 유량 측정 장치와 배관 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 배관 시스템(100)에 설치된 유량 측정 장치(200)는 액체 상의 유동이 존재하는 배관에서의 체적 유량을 측정할 수 있다. 배관 시스템(100)은 일반적인 배관 시스템이 될 수 있다. 예를 들어, 배관 시스템(100)은 수도, 하수, 해수, 및 정유 배관 시스템이 될 수 있다.
배관 시스템(100)은 동력 설비(110-2), 하나 이상의 측정 센서(130-1, 130-2, 130-3), 배관(130), 배관(130)의 내부 또는 외부에 설치된 장치(170), 및 유량 측정 장치(200)를 포함할 수 있다. 측정 센서(130-1, 130-2, 130-3)는 유체의 압력을 측정하는 압력계(130-1 및 130-2), 유체의 온도를 측정하는 온도계(130-3), 및 장치(170)의 제어 상황을 측정하는 제어 상황 측정계(예: 도 2의 270-2)를 포함할 수 있다.
배관(130)의 내부 또는 외부에 설치된 장치(170)는 밸브(valve), 노즐(nozzle), 디퓨저(diffuser), 엘보(elbow), 스트레이너(strainer), 필터(filter), 및 열교환기(heat exchanger) 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 장치(170)는 배관(130)의 내부 또는 외부에 설치되어 배관 시스템(100)을 구성하는 장치를 포함할 수 있다.
장치(170)의 제어 상황을 측정하는 제어 상황 측정계(예: 도 2의 270-2)는 장치(170)의 제어 상황(또는 제어 명령)에 대한 모니터링 시스템(미도시)을 포함할 수 있다.
배관 시스템(100)은 유동 생성을 위해 유체의 위치 차이, 압력 차이, 또는 동력 설비(110-2)를 이용할 수 있다. 동력 설비(110-2)는 원심 펌프(centrifugal pump), 및 용적 펌프(positive-displacement pump)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배관 시스템(100)에 적용된 위치 차이 구조, 압력 차이 구조, 및 동력 설비(110-2)는 입력(inlet) 유체(110-1)에 에너지를 전달해 토출(outlet)할 수 있다. 토출(outlet)된 유체(110-3)는 각 배관(130)으로 분기될 수 있다.
측정 대상 배관(130)은 고유의 직경(diameter)(150-2) 및 배관(130)의 내부 표면의 거칠기(190) 값을 갖는다. 측정 대상 배관(130)이 원형이 아닌 경우, 직경(150-2)는 수력학적 직경(hydraulic diameter)일 수 있다.
측정대상 배관(130)내에 생성된 유동(110-4)은 배관(130) 내부 표면에서의 마찰(wall friction)과 유체의 점성(viscosity)에 의한 전단응력(shear stress)을 받아 반지름 방향으로의 유속분포를 가질 수 있다. 이때, 단면적 기준 평균 유속과 측정 대상 유량은 하기의 수학식1과 같은 관계를 갖는다.
[수학식 1]
이때, 수학식 1에서 Q는 측정 대상 유량을 나타내고, V는 유체의 유속을 나타내고, D는 배관(130)의 고유 직경(150-2)을 나타낸다.
배관(130)의 제1 통과 경로는 배관(130)을 통과하는 경로 중 배관(130)의 내부 또는 외부에 설치된 장치(170)가 포함되지 않은 경로일 수 있다. 유체가 제1 통과 경로를 통과하면서 유동(110-4)이 받는 전단응력에 의해 마찰에 의한 압력 손실이 발생할 수 있다. 이때, 압력 손실은 배관(130)의 마찰 계수와 제1 파라미터의 함수로 정의될 수 있다. 배관(130)의 마찰 계수는 유체가 제1 통과 경로의 배관(130)을 통과하면서 손실된 압력을 표시하기 위한 계수일 수 있다. 또한, 제1 파라미터는 유체의 배관(130) 내 제1 통과 경로에서 발생하는 유체의 압력 손실과 관련된 것 일 수 있다. 예를 들어, 제1 파라미터는 배관(130)의 직경(150-2), 배관(130)의 내부 표면의 거칠기(roughness)(190), 및 압력계(130-1, 및 130-2) 사이의 거리(150-1)를 포함할 수 있다.
배관(130)의 제2 통과 경로는 배관(130)을 통과하는 경로 중 배관(130)의 내부 또는 외부에 설치된 장치(170)을 포함하는 경로일 수 있다. 유체가 제2 통과 경로를 통과하면서 유동(110-4)이 받는 전단응력에 의해 마찰에 의한 압력 손실이 발생할 수 있다. 이때, 압력 손실은 장치(170)의 압력 손실 계수와 제2 파라미터의 함수로 정의될 수 있다. 장치(170)의 압력 손실 계수는 유체가 제2 통과 경로의 장치(170)를 통과하면서 손실된 압력을 표시하기 위한 계수일 수 있다. 또한, 제2 파라미터는 유체의 배관(130) 내 제2 통과 경로에서 발생하는 유체의 압력 손실과 관련된 것 일 수 있다. 예를 들어, 제2 파라미터는 장치(170)의 제어 상황 정보에 따른 장치(170)의 압력 손실 계수의 계산 수식을 포함할 수 있다.
유량 측정 장치(200)는 압력계(130-1, 및 130-2)의 위치에 따른 압력 손실 값, 배관(130)의 마찰 계수, 장치(170)의 압력 손실 계수, 제1 파라미터 및 제2 파라미터에 기초하여 유체의 유량을 계산할 수 있다. 유량 측정 장치(200)는 압력계(130-1, 및 130-2)를 이용하여 배관(130)을 통과하는 경로 중 발생한 유체의 압력 손실을 측정할 수 있다. 압력계(130-1, 및 130-2)는 측정 대상 배관(130)의 임의의 위치에 설치될 수 있다. 유체의 압력 손실은 압력계(130-1, 및 130-2) 사이의 거리(150-1)에 비례할 수 있다.
예를 들어, 압력계(130-1, 및 130-2)가 긴 직관부에 설치된 경우, 유량 측정 장치(200)는 압력 손실 값과 배관(130)의 마찰 계수 및 제1 파라미터에 기초하여 유체의 유량을 계산할 수 있다. 압력계(130-1, 및 130-2)가 장치(170) 바로 전후에 설치된 경우, 유량 측정 장치(200)는 압력 손실 값과 장치(170)의 압력 손실 계수 및 제2 파라미터에 기초하여 유체의 유량을 계산할 수 있다. 압력계(130-1, 및 130-2)가 배관(130)의 임의의 위치(예: 압력계(130-1, 및 130-2) 사이에 제1 통과 경로 및 제2 통과 경로를 포함한 통과 경로를 포함함)에 설치된 경우, 유량 측정 장치(200)는 압력 손실 값, 배관(130)의 마찰 계수, 장치(170)의 압력 손실 계수, 제1파라미터 및 제2 파라미터에 기초하여 유량을 측정할 수 있다.
유체의 물성은 유체의 압력과 온도에 따라 변할 수 있다. 액체 상 유체의 물성은 유체의 압력보다 유체의 온도에 따른 영향을 더 받을 수 있다. 유량 측정 장치(200)는 정확한 유체의 물성 값을 계산하기 위해 온도계(130-3)에서 측정된 유체의 온도를 이용할 수 있다. 예를 들어, 유체의 물성은 밀도와 점도 정보를 포함할 수 있다. 유체의 밀도 및 점도는 유체의 압력과 온도에 따라 변할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 유량 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 배관(205)은 도 1에 도시된 배관(130)일 수 있다. 또한, 측정 센서(230, 250-1, 250-2, 및 270-2)는 도 1에 도시된 측정 센서(130-1, 130-2, 130-3)를 포함할 수 있다. 유량 측정 장치(200)는 유체가 통과하는 배관(205)에 설치된 측정 센서(230, 250-1, 250-2, 및 270-2)로부터 배관(205)에 대한 배관정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 배관 정보는 유체의 압력에 관한 정보, 유체의 온도에 관한 정보, 배관(205)의 내부 또는 외부에 설치된 장치(270-1)의 제어 상황에 대응되는 제어 상황 정보를 포함할 수 있다. 제어 상황 정보는 밸브의 개도율 수준 정보를 포함할 수 있다.
유량 측정 장치(200)는 배관 정보에 기초하여 유체의 물성을 계산할 수 있다. 유량 측정 장치(200)는 유체의 배관(205) 내 제1 통과 경로에서 발생하는 유체의 압력 손실과 관련된 제1 파라미터를 획득할 수 있다. 유량 측정 장치(200)는 유체의 배관(205)내 제2 통과 경로에서 발생하는 유체의 압력 손실과 관련된 제2 파라미터를 획득할 수 있다. 유량 측정 장치(200)는 배관 정보, 유체의 물성, 제1 파라미터, 및 제2 파라미터에 기초하여 유체의 유량을 출력할 수 있다.
유량 측정 장치(200)는 계산기(210), 통신기(221), 출력기(223), 및 메모리(225)를 포함할 수 있다. 계산기(210)는 유체 물성 계산기(211), 유량 계산기(213), 및 배관 시스템 정보 학습기(215)를 포함할 수 있다. 다만, 유량 측정 장치(200)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니며 계산기(210), 통신기(221), 출력기(223), 및 메모리(225) 중 일부만을 포함 또는 추가 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 배관 시스템 정보 학습기(215)는 별도의 학습 장치(예: 도 5의 학습 장치(500))에 포함되거나 유량 측정 장치(200)에 포함될 수 있다.
통신기(221)는 유체가 통과하는 배관에 설치된 측정 센서(230,250-1,250-2, 및 270-2)로부터 배관에 대한 배관 정보를 수신할 수 있다. 측정 센서는 유체의 압력을 측정하는 압력계(250-1, 및 250-2), 유체의 온도를 측정하는 온도계(230). 및 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치(270-1)의 제어 상황을 측정하는 제어 상황 측정계(270-2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신기(221)는 압력계(250-1, 및 250-2)로부터 유체의 압력에 관한 정보를 수신할 수 있다. 통신기(221)는 온도계(230)로부터 유체의 온도에 관한 정보를 수신할 수 있다. 또한, 통신기(221)는 제어 상황 측정계(270-2)로부터 배관(205)의 내부 또는 외부에 설치된 장치(270-1)의 제어 상황에 관한 정보를 수신할 수 있다. 통신기(221)는 수신한 배관 정보를 계산기(210)으로 출력할 수 있다. 통신기(221)는 유무선 아날로그 신호, 및 디지털 신호를 이용하여 통신할 수 있다. 다만 통신기(221)의 통신 방법은 이에 한정되는 것은 아니다.
계산기(210)는 통신기(221)로부터 배관 정보를 수신할 수 있다. 계산기(210)는 통신기(221)로부터 수신한 배관 정보에 기초하여 유체의 유량을 계산할 수 있다. 계산기(210)는 유체 물성 계산기(211), 유량 계산기(213), 및 배관 시스템 정보 학습기(215)를 포함할 수 있다.
유체 물성 계산기(211)는 배관 정보에 기초하여 유체의 물성을 계산할 수 있다. 유체 물성 계산기(211)는 유체의 압력에 관한 정보에 기초하여 유체의 물성을 계산할 수 있다. 유체 물성 계산기(211)는 유체의 물성에 대한 정확한 값을 계산하기 위해 유체의 온도에 관한 정보를 이용할 수 있다. 또한, 유체 물성 계산기(211)는 배관(205)의 내부 또는 외부에 설치된 장치(270-1)의 제어 상황에 관한 정보를 이용할 수 있다. 유체의 물성은 유체의 밀도 및 유체의 점도를 포함할 수 있다. 유체 물성 계산기(211)는 계산한 유체의 물성을 유량 계산기(213)로 출력할 수 있다.
예를 들어, 유체 물성 계산기(211)는 압력과 온도 조건에 따른 유체의 물성에 관한 도표에 측정된 압력과 온도 값을 대입해 유체의 물성을 계산할 수 있다. 유체 물성 계산기(211)는 수식을 사용해 유체의 물성을 계산할 수 있다. 유체 물성 계산기(211)는 사용자 입력 또는 표준 조건에서의 값으로 정해진 기준값을 기초로 유체의 물성을 계산할 수 있다.
유량 계산기(213)는 유체 물성 계산기(211)로부터 유체의 물성을 수신할 수 있다. 유량 계산기(213)는 배관 정보, 유체의 물성, 제1 파라미터, 및 제2 파라미터에 기초하여 유체의 유량을 계산할 수 있다.
유량 계산기(213)는 유체의 배관(205) 내 제1 통과 경로에서 발생하는 유체의 압력 손실과 관련된 제1 파라미터를 획득할 수 있다. 유량 계산기(213)는 사용자로부터의 입력을 통해 제1 파라미터를 획득할 수 있다. 또한, 유량 계산기(213)는 메모리(225)로부터 저장된 제1 파라미터를 획득할 수 있다.
배관(205) 내 장치(270-1)가 있는 경우, 유량 계산기(213)는 유체의 배관(205) 내 제2 통과 경로에서 발생하는 유체의 압력 손실과 관련된 제2 파라미터를 획득할 수 있다. 유량 계산기(213)는 사용자로부터의 입력을 통해 제2 파라미터를 획득할 수 있다. 또한, 유량 계산기(213)는 메모리(225)로부터 저장된 제2 파라미터를 획득할 수 있다.
메모리(225)는 제1 파라미터 및 제2 파라미터에 대한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(225)는 하드디스크 드라이브(hard disk drive, HDD), 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive, SSD), 광디스크와 같은 비휘발성 메모리(non-volatile memory), 또는 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM)와 같은 휘발성 메모리(volatile memory)일 수 있다. 또한, 메모리(225)는 데이터 베이스(data base), 입출력 파일, 또는 메모리(225) 내 변수 방식으로 제1 파라미터 및 제2 파라미터에 대한 정보를 저장할 수 있다.
유량 계산기(213)는 유체의 물성, 및 제1 파라미터에 기초하여 배관(205)을 통과하는 유체의 유량을 계산하는데 필요한 배관(205)의 마찰 계수를 획득할 수 있다. 유량 계산기(213)는 제어 상황 정보 및 제2 파라미터에 기초하여 장치(270-1)를 통과하는 유체의 유량을 계산하는데 필요한 장치(270-1)의 압력 손실 계수를 획득할 수 있다. 예를 들어, 배관(205)의 마찰 계수는 유체의 밀도, 유체의 점도, 배관(205)의 직경(예: 도 1의 150-2), 배관(205) 내부 표면의 거칠기(예: 도 1의 190), 유체의 유속에 대한 함수가 될 수 있다. 배관(205)의 마찰 계수는 무디 선도를 이용한 도표가 될 수 있다. 또한, 배관(205)의 마찰 계수는 하기의 수학식 2와 같은 수식 형태가 될 수 있다.
[수학식 2]
이때, 수학식 2에서 f는 배관(205)의 마찰 계수를 나타내고, ρ는 유체의 밀도를 나타내고, ε는 배관(205) 내부 표면의 거칠기(190)를 나타내고, D는 배관(250)의 직경(예: 도 1의 150-2)을 나타내고, V는 유체의 유속을 나타낸다.
유량 계산기(213)는 배관정보, 유체의 물성, 제1 파라미터, 및 제2 파라미터에 기초하여, 유체의 유속을 계산하기 위한 유량 계산 모델을 생성할 수 있다. 예를 들어, 유량 계산 모델은 하기의 수학식3과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
이때, 수학식 3에서, L은 압력계(130-1, 및 130-2) 사이의 거리(150-1)를 나타내고, D는 배관(205)의 직경(150-2)을 나타내고, V는 유체의 유속을 나타내고, KL은 장치(270-1)의 압력 손실 계수를 나타내고, f는 배관(205)의 마찰 계수를 나타내고, ρ는 유체의 밀도를 나타내고, Pinlet은 압력계(130-1)가 측정한 압력 손실이 일어나기 전 유체의 압력을 나타내고, Poutlet은 압력계(130-2)가 측정한 압력 손실이 일어난 후 유체의 압력을 나타낸다.
유량 계산기(213)는 유량 계산 모델을 해석하여 유체의 유속을 획득할 수 있다. 유량 계산기(213)는 유체의 유속에 기초하여 유체의 유량을 계산할 수 있다. 유량 계산기(213)는 해석적 방법(analytical method), 수치해석적 방법(numerical method), 및 모델 근사 방법(model estimation method) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 유량 계산 모델을 해석할 수 있다. 유량 계산기(213)는 계산한 유량 또는 유체의 유속을 출력기(223)로 전달할 수 있다.
출력기(223)은 유량 계산기(213)로부터 계산된 유량을 수신할 수 있다. 출력기(223)는 수신한 유량을 디스플레이 장치로 출력할 수 있다. 디스플레이 장치는 유량 측정 장치(200)의 외부 또는 내부에 존재할 수 있다.
유량 계산기(213)는 계산한 유량 값에 대한 정확도 평가가 필요한 경우 평가용 추가 유량계(290)의 측정값을 이용할 수 있다. 또한, 유량 계산기(213)의 배관 시스템 정보 학습기(215)는 파라미터(예: 제1 파라미터, 및 제2 파라미터)에 대한 학습 수행중 실제 유량 값이 필요한 경우, 평가용 추가 유량계(290)의 측정값을 이용할 수 있다. 평가용 추가 유량계(290)는 설치 및 제거가 용이한 클램프형 초음파 유량계(clamp-on ultrasonic flowmeter)일 수 있다. 평가용 추가 유량계(290)는 평가 또는 학습을 수행하는 목적으로 설치되고 설치 목적을 달성한 이후 제거될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
유량 계산기(213)는 제1 파라미터 및 제2 파라미터에 대한 학습이 필요한지 여부를 확인할 수 있다. 제1 파라미터 및 제2 파라미터에 대한 학습이 필요한 경우, 배관 시스템 정보 학습기(215)는 제1 파라미터 및 제2 파라미터를 학습시킬 수 있다. 배관 시스템 정보 학습기(215)는 유체가 통과하는 배관에 설치된 평가용 추가 유량계(290)로부터 실제 유량을 수신할 수 있다. 배관 시스템 정보 학습기(215)는 유량 측정 장치(200)로부터 측정된 유량과 실제 유량을 비교하여, 제1 파라미터 및 제2 파라미터를 학습시킬 수 있다. 메모리(225)는 배관 시스템 정보 학습기(215)를 통해 학습된 제1 파라미터 및 제2 파라미터를 저장할 수 있다.
예를 들어, 배관 시스템 정보 학습기(215)는 유량 측정 장치(200)로부터 측정된 유량과 평가용 추가 유량계(290)로부터 측정된 실제 유량 사이의 오차를 최소로 줄일 수 있는 제1 파라미터 및 제2 파라미터를 학습시킬 수 있다. 배관 시스템 정보 학습기(215)는 경사 하강법(gradient descent method) 또는 유전 알고리즘 방법(genetic algorithm method) 중 어느 하나의 방법을 통해 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터를 학습시킬 수 있다. 다만, 학습 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 일 실시예에 따른 유량 측정 방법의 흐름도 일 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 동작 310에서, 유량 측정 장치(200)는 유체가 통과하는 배관(예: 도 1의 130 또는 도 2의 205)에 설치된 측정 센서(예: 도 1의 130-1, 130-2, 130-3 또는 도 2의 230, 250-1, 250-2, 270-2)로부터 배관에 대한 배관 정보를 수신할 수 있다.
동작 330에서, 유량 측정 장치(200)는 배관 정보에 기초하여 유체의 물성을 계산할 수 있다.
동작 350에서, 유량 측정 장치(200)는 유체의 배관(130 또는 205) 내 제1 통과 경로에서 발생하는 유체의 압력 손실과 관련된 제1 파라미터를 획득할 수 있다.
동작 370에서, 유량 측정 장치(200)는 유체의 배관(130 또는 205) 내 제2 통과 경로에서 발생하는 유체의 압력 손실과 관련된 제2 파라미터를 획득할 수 있다.
동작 390에서, 유량 측정 장치(200)는 배관 정보, 유체의 물성, 제1 파라미터, 및 제2 파라미터에 기초하여 유체의 유량을 출력할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 유량 측정 장치의 학습 방법의 흐름도 일 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 동작 410에서, 학습 장치(예: 도 2의 배관 시스템 정보 학습기(215) 또는 도 5의 학습장치(500))는 유체가 통과하는 배관에 설치된 유량계(예: 도 2의 290)로부터 실제 유량을 수신할 수 있다.
동작 430에서, 학습 장치(500)는 유량 측정 장치(예: 도 2의 유량 측정 장치(200) 또는 도 5의 유량 측정 장치(550))로부터 측정된 유량과 실제 유량을 비교하여, 제1 파라미터 및 제2 파라미터를 학습시킬 수 있다.
동작 450에서, 학습 장치(500)는 학습된 제1 파라미터 및 제2 파라미터를 메모리(예: 도 2의 225 또는 도 5의 510)에 저장할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 학습 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 학습장치(500)는 유량 측정 장치(550)를 학습시킬 수 있다. 유량 측정 장치(550)는 도 2의 유량 측정 장치(200)일 수 있다. 학습장치(500)는 메모리(510), 및 프로세서(530)을 포함할 수 있다.
메모리(510)는 프로세서(530)에 의해 실행가능한 인스트럭션들(예: 프로그램)을 저장할 수 있다. 예를 들어, 인스트럭션들은 프로세서(530)의 동작 및/또는 프로세서(530)의 각 구성의 동작을 실행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수 있다.
프로세서(530)는 메모리(510)에 저장된 데이터를 처리할 수 있다. 프로세서(530)는 메모리(510)에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드(예를 들어, 소프트웨어) 및 프로세서(530)에 의해 유발된 인스트럭션(instruction)들을 실행할 수 있다.
프로세서(530)는 목적하는 동작들(desired operations)을 실행시키기 위한 물리적인 구조를 갖는 회로를 가지는 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치일 수 있다. 예를 들어, 목적하는 동작들은 프로그램에 포함된 코드(code) 또는 인스트럭션들(instructions)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙 처리 장치(central processing unit), 프로세서 코어(processor core), 멀티-코어 프로세서(multi-core processor), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함할 수 있다.
도 2의 배관 시스템 정보 학습기(215)는 메모리(510)에 저장되어 프로세서(530)에 의해서 실행되거나 프로세서(530)에 임베디드될 수 있다. 프로세서(530)는 도 2 및 도 4를 참조하여, 배관 시스템 정보 학습기(215)의 동작을 실질적으로 동일하게 수행할 수 있다. 이에 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 6은 일 실시예에 따른 장치의 일 예를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 장치(600)는 메모리(610) 및 프로세서(630)을 포함할 수 있다. 장치(600)는 도 2의 유량 측정 장치(200)일 수 있다. 장치(600)는 도 5의 학습 장치(500)일 수 있다. 또한, 장치(600)는 유량 측정 장치(200) 및 학습 장치(500)을 모두 포함한 장치 일 수 있다.
메모리(610)는 프로세서(630)에 의해 실행가능한 인스트럭션들(예: 프로그램)을 저장할 수 있다. 예를 들어, 인스트럭션들은 프로세서(530)의 동작 및/또는 프로세서(630)의 각 구성의 동작을 실행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수 있다.
프로세서(630)는 메모리(610)에 저장된 데이터를 처리할 수 있다. 프로세서(630)는 메모리(610)에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드(예를 들어, 소프트웨어) 및 프로세서(630)에 의해 유발된 인스트럭션(instruction)들을 실행할 수 있다.
프로세서(630)는 목적하는 동작들(desired operations)을 실행시키기 위한 물리적인 구조를 갖는 회로를 가지는 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치일 수 있다. 예를 들어, 목적하는 동작들은 프로그램에 포함된 코드(code) 또는 인스트럭션들(instructions)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙 처리 장치(central processing unit), 프로세서 코어(processor core), 멀티-코어 프로세서(multi-core processor), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함할 수 있다.
도 2의 유량 측정 장치(200) 및 도 5의 학습 장치(500)는 메모리(610)에 저장되어 프로세서(630)에 의해서 실행되거나 프로세서(630)에 임베디드될 수 있다. 프로세서(630)는 도 1내지 도 5를 참조하여 유량 예측 장치(200)의 동작 및 학습 장치(500)의 동작을 실질적으로 동일하게 수행할 수 있다. 이에 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 저장할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (20)
- 유체가 통과하는 배관에 설치된 측정 센서로부터 상기 배관에 대한 배관 정보를 수신하는 동작;
상기 배관 정보에 기초하여 상기 유체의 물성을 계산하는 동작;
상기 유체의 상기 배관 내 제1 통과 경로에서 발생하는 상기 유체의 압력 손실과 관련된 제1 파라미터를 획득하는 동작;
상기 유체의 상기 배관 내 제2 통과 경로에서 발생하는 상기 유체의 압력 손실과 관련된 제2 파라미터를 획득하는 동작; 및
상기 배관 정보, 상기 유체의 물성, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 기초하여, 상기 유체의 유량을 출력하는 동작
을 포함하고,
상기 배관 정보는,
상기 유체의 압력에 관한 정보, 상기 유체의 온도에 관한 정보, 및 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치의 제어 상황에 대응되는 제어 상황 정보
를 포함하고,
상기 제1 통과 경로는,
상기 유체가 상기 배관을 통과하는 경로 중 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치가 포함되지 않은 경로이고,
상기 제2 통과 경로는,
상기 유체가 상기 배관을 통과하는 경로 중 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치가 포함된 경로인, 유량 측정 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 측정 센서는,
상기 유체의 압력을 측정하는 압력계;
상기 유체의 온도를 측정하는 온도계; 및
상기 제어 상황을 측정하는 제어 상황 측정계
를 포함하는, 유량 측정 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 파라미터는,
상기 배관의 직경, 상기 배관의 내부 표면의 거칠기(roughness), 및 상기 압력계 사이의 거리
를 포함하는, 유량 측정 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 파라미터는,
상기 제어 상황 정보에 따른 상기 장치의 압력 손실 계수의 계산 수식
을 포함하는, 유량 측정 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 유체의 유량을 출력하는 동작은,
상기 유체의 물성, 및 상기 제1 파라미터에 기초하여, 상기 배관을 통과하는 유체의 유량을 계산하는데 필요한 상기 배관의 마찰 계수를 획득하는 동작
을 포함하는, 유량 측정 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 유체의 유량을 출력하는 동작은,
상기 제어 상황 정보 및 상기 제2 파라미터에 기초하여, 상기 장치의 압력 손실 계수를 획득하는 동작
을 포함하는, 유량 측정 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 유체의 유량을 출력하는 동작은,
상기 배관 정보, 상기 유체의 물성, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 기초하여, 상기 유체의 유속을 계산하기 위한 유량 계산 모델을 생성하는 동작;
상기 유량 계산 모델을 해석하여, 상기 유체의 유속을 획득하는 동작; 및
상기 유체의 유속에 기초하여, 상기 유체의 유량을 출력하는 동작
을 포함하는, 유량 측정 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 유체의 유속을 획득하는 동작은,
해석적 방법(analytical method), 수치해석적 방법(numerical method), 및 모델 근사 방법(model estimation method) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 유량 계산 모델을 해석하는 동작
을 포함하는, 유량 측정 방법.
- 유체의 유량을 측정하기 위한 장치에 있어서,
하나 이상의 인스트럭션을 저장하는 메모리; 및
상기 인스트럭션을 실행시키기 위한 프로세서
를 포함하고,
상기 인스트럭션이 실행될 때, 상기 프로세서는 복수의 동작들을 수행하고,
상기 복수의 동작들은,
유체가 통과하는 배관에 설치된 측정 센서로부터 상기 배관에 대한 배관 정보를 수신하는 동작;
상기 배관 정보에 기초하여 상기 유체의 물성을 계산하는 동작;
상기 유체의 상기 배관 내 제1 통과 경로에서 발생하는 상기 유체의 압력 손실과 관련된 제1 파라미터를 획득하는 동작;
상기 유체의 상기 배관 내 제2 통과 경로에서 발생하는 상기 유체의 압력 손실과 관련된 제2 파라미터를 획득하는 동작; 및
상기 배관 정보, 상기 유체의 물성, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 기초하여, 상기 유체의 유량을 출력하는 동작
을 포함하고,
상기 배관 정보는,
상기 유체의 압력에 관한 정보, 상기 유체의 온도에 관한 정보, 및 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치의 제어 상황에 대응되는 제어 상황 정보
를 포함하고,
상기 제1 통과 경로는,
상기 유체가 상기 배관을 통과하는 경로 중 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치가 포함되지 않은 경로이고,
상기 제2 통과 경로는,
상기 유체가 상기 배관을 통과하는 경로 중 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치가 포함된 경로인, 유량 측정 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 측정 센서는,
상기 유체의 압력을 측정하는 압력계;
상기 유체의 온도를 측정하는 온도계; 및
상기 제어 상황을 측정하는 제어 상황 측정계
를 포함하는, 유량 측정 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 제1 파라미터는,
상기 배관의 직경, 상기 배관의 내부 표면의 거칠기(roughness), 및 상기 압력계 사이의 거리
를 포함하는, 유량 측정 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 제2 파라미터는,
상기 제어 상황 정보에 따른 상기 장치의 압력 손실 계수의 계산 수식
을 포함하는, 유량 측정 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 유체의 유량을 출력하는 동작은,
상기 유체의 물성, 및 상기 제1 파라미터에 기초하여, 상기 배관을 통과하는 유체의 유량을 계산하는데 필요한 상기 배관의 마찰 계수를 획득하는 동작
을 포함하는, 유량 측정 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 유체의 유량을 출력하는 동작은,
상기 제어 상황 정보 및 상기 제2 파라미터에 기초하여, 상기 장치를 통과하는 유체의 유량을 계산하는데 필요한 상기 장치의 압력 손실 계수를 획득하는 동작
을 포함하는, 유량 측정 장치.
- 제14항에 있어서,
상기 유체의 유량을 출력하는 동작은,
상기 배관 정보, 상기 유체의 물성, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 기초하여, 상기 유체의 유속을 계산하기 위한 유량 계산 모델을 생성하는 동작;
상기 유량 계산 모델을 해석하여, 상기 유체의 유속을 획득하는 동작; 및
상기 유체의 유속에 기초하여, 상기 유체의 유량을 출력하는 동작
을 포함하는, 유량 측정 장치.
- 제15항에 있어서,
상기 유체의 유속을 획득하는 동작은,
해석적 방법(analytical method), 수치해석적 방법(numerical method), 및 모델 근사 방법(model estimation method) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 유량 계산 모델을 해석하는 동작
을 포함하는, 유량 측정 장치.
- 유체가 통과하는 배관에 설치된 유량계로부터 실제 유량을 수신하는 동작;
유량 측정 장치로부터 측정된 유량과 상기 실제 유량을 비교하여, 상기 유체의 상기 배관 내 제1 통과 경로에서 발생하는 상기 유체의 압력 손실과 관련된 제1 파라미터, 및 상기 유체의 상기 배관 내 제2 통과 경로에서 발생하는 상기 유체의 압력 손실과 관련된 제2 파라미터를 학습시키는 동작; 및
학습된 제1 파라미터 및 제2 파라미터를 메모리에 저장하는 동작
을 포함하고,
상기 제1 통과 경로는,
상기 유체가 상기 배관을 통과하는 경로 중 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치가 포함되지 않은 경로이고,
상기 제2 통과 경로는,
상기 유체가 상기 배관을 통과하는 경로 중 상기 배관의 내부 또는 외부에 설치된 장치가 포함된 경로인, 파라미터 학습 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 제1 파라미터는,
상기 배관의 직경, 상기 배관의 내부 표면의 거칠기(roughness), 및 상기 압력계 사이의 거리
를 포함하는, 파라미터 학습 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 제2 파라미터는,
상기 제어 상황 정보에 따른 상기 장치의 압력 손실 계수의 계산 수식
을 포함하는, 파라미터 학습 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 제1 파라미터 및 제2 파라미터를 학습시키는 동작은,
유량 측정 장치로부터 측정된 유량과 상기 실제 유량의 차이에 기초하여, 경사 하강법(gradient descent method) 또는 유전 알고리즘 방법(genetic algorithm method) 중 어느 하나의 방법을 통해 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터를 학습시키는 동작
을 포함하는, 파라미터 학습 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US18/236,580 US20240068851A1 (en) | 2022-08-24 | 2023-08-22 | Method, apparatus, and parameter training method for friction loss-based differential pressure flow rate measurement |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220106493 | 2022-08-24 | ||
| KR20220106493 | 2022-08-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240028286A true KR20240028286A (ko) | 2024-03-05 |
| KR102744412B1 KR102744412B1 (ko) | 2024-12-19 |
Family
ID=90298695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230081838A KR102744412B1 (ko) | 2022-08-24 | 2023-06-26 | 마찰 손실 기반 차압식 유량 측정 방법, 장치 및 파라미터 학습 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102744412B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019020191A (ja) * | 2017-07-13 | 2019-02-07 | 有限会社北沢技術事務所 | 管流量計測装置および管下流圧力予測制御装置 |
| JP2020159851A (ja) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 差圧式流量計 |
-
2023
- 2023-06-26 KR KR1020230081838A patent/KR102744412B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019020191A (ja) * | 2017-07-13 | 2019-02-07 | 有限会社北沢技術事務所 | 管流量計測装置および管下流圧力予測制御装置 |
| JP2020159851A (ja) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 差圧式流量計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102744412B1 (ko) | 2024-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2601207C1 (ru) | Ультразвуковое измерение расхода с использованием вычисленной температуры с введенной поправкой | |
| US10082249B2 (en) | Determining fluid leakage volume in pipelines | |
| CN204115825U (zh) | 具有上游压力换能器的超声流量计量系统 | |
| RU2754656C1 (ru) | Способ и система измерения расходов многофазного и/или многокомпонентного флюида, добываемого из нефтегазовой скважины | |
| EP2869038A1 (en) | Fluid measurement device | |
| BR112016010314B1 (pt) | método para medição de cabeça de poços de, pelo menos, um poço usando um medidor de fluxo coriolis, eletrônica de medidor, e, dispositivo de medição de cabeça de poços por efeito coriolis | |
| CN104897737A (zh) | 八电极旋转电场式电导传感器持气率测量方法 | |
| US20160033313A1 (en) | Measuring velocity using substance characteristics | |
| US11536598B2 (en) | Time-accurate CFD enhanced interpretation of strain-based flow measurement | |
| KR102744412B1 (ko) | 마찰 손실 기반 차압식 유량 측정 방법, 장치 및 파라미터 학습 방법 | |
| US9797760B2 (en) | Quantitative analysis of flow profile characteristics for ultrasonic metering systems | |
| Hamad et al. | Evaluation of hot-film, dual optical and Pitot tube probes for liquid–liquid two-phase flow measurements | |
| US20240068851A1 (en) | Method, apparatus, and parameter training method for friction loss-based differential pressure flow rate measurement | |
| Lari et al. | Error correction of a coriolis mass flow meter in two-phase flow measurment using Neuro-Fuzzy | |
| Svete et al. | Development of a liquid-flow pulsator | |
| CN111971637A (zh) | 虚拟过程参数的确定 | |
| CN112525774B (zh) | 一种基于涡街流量计频谱的流速、密度和粘度的测量方法 | |
| WO2020154468A1 (en) | Flow network model analysis | |
| RU2289796C2 (ru) | Установка для калибровки скважинных расходомеров (варианты) | |
| CN117346867B (zh) | 一种流量计校核方法、校核实验平台、装置及设备 | |
| CN218035288U (zh) | 双入水口环状试验管网水表现场检测装置 | |
| Wang et al. | Investigation of the batch measurement errors for single-straight tube Coriolis mass flowmeters | |
| Piechota et al. | Analysis of the accuracy of liquid flow measurements by the means of ultrasonic method in non-standard measurements conditions | |
| Lambie et al. | An Active Return Flowline Sensor for Onshore Drilling Rigs | |
| RU2641505C1 (ru) | Информационно-измерительная система для измерения расхода и количества газа |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20230626 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| PA0302 | Request for accelerated examination |
Patent event date: 20240305 Patent event code: PA03022R01D Comment text: Request for Accelerated Examination Patent event date: 20230626 Patent event code: PA03021R01I Comment text: Patent Application |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20240710 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20241127 |
|
| PG1601 | Publication of registration |