KR20240094518A - Low flow rate flow measurement system and method - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예는 배관 내에서 유속과 수위 중 어느 하나를 측정하는 유량 센서부 및 유량 센서부에서 수신된 원시 데이터를 필터링 하여 유량을 산출하는 컨트롤러를 포함하고, 컨트롤러는 0.3m/sec 이하의 유속이 감지되면 노이즈 필터의 대역폭과 이동평균 시간을 조절하여 노이즈 필터링 후 산출된 유효 데이터로 유량값을 산출하는 것을 특징으로 한다. An embodiment of the present invention includes a flow sensor unit that measures either the flow rate or the water level within the pipe and a controller that calculates the flow rate by filtering the raw data received from the flow sensor unit, and the controller has a speed of 0.3 m/sec or less. When the flow rate is detected, the bandwidth and moving average time of the noise filter are adjusted to calculate the flow rate value using the effective data calculated after noise filtering.
Description
본 발명은 저유속에서도 유량 측정이 가능한 저유속 유량 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a low flow rate flow measurement system and method capable of measuring flow rate even at low flow rates.
일반적으로 전자유량계는 배관 내 흐르는 유체의 유량을 계측하는 방법으로 알려져 있으며, 전도성 유체가 자장 속을 통과할 때 기전력이 유속에 비례하여 발생하는 패러데이 법칙을 응용한 유량계측 방법이다.In general, an electromagnetic flowmeter is known as a method of measuring the flow rate of fluid flowing in a pipe, and is a flow measurement method that applies Faraday's law, which states that electromotive force is generated in proportion to the flow rate when a conductive fluid passes through a magnetic field.
전자유량계에 의해 검출되는 신호는 직접적으로 부피 유량에 비례하여 발생되고 계측범위가 넓으며 전도성을 가진 유체의 경우에는 온도, 압력, 밀도, 점도, 전도도 등에 관계없이 유량의 계측이 가능하다는 장점을 가지고 있다.The signal detected by the electromagnetic flow meter is generated directly in proportion to the volumetric flow rate, has a wide measurement range, and in the case of conductive fluids, has the advantage of being able to measure the flow rate regardless of temperature, pressure, density, viscosity, conductivity, etc. there is.
이를 간단히 설명하면, 코일을 이용하여 관로를 흐르는 유체의 수직방향으로 자기장을 형성하고 유체가 자기장을 통과하면 코일의 직각방향으로 전극에 전압차가 발생하게 되며, 이 전압의 크기가 유속에 비례하기 때문에 유량을 계측할 수 있는 것이다.To explain this simply, a coil is used to form a magnetic field in the direction perpendicular to the fluid flowing through the pipe, and when the fluid passes through the magnetic field, a voltage difference is generated at the electrode in the direction perpendicular to the coil, and the magnitude of this voltage is proportional to the flow rate. Flow rate can be measured.
이러한 전자유량계는 유체가 흐르는 관로가 직관이거나 0.6m/sec 이하의 구간에서부터 난류에서 천이 구간으로 바뀌는 시점으로 층류 및 천이구간에서 배관 내 벽면에서 점성이 커지게 되어 평균 유속을 측정하는 전자유량계 특성 상 원시 데이터 자체에 노이즈 발생하게 된다. Due to the characteristics of these electromagnetic flowmeters, they measure the average flow velocity as the viscosity increases on the wall inside the pipe in the laminar flow and transition section at the point when the pipe through which the fluid flows is straight or changes from turbulent flow to the transition section in the section below 0.6m/sec. Noise occurs in the raw data itself.
이와 같은 노이즈는 유속이 느려질 경우에 더욱 심하게 발생되는데, 0.3m/sec 이하에서 유효 데이터의 추출이 어려울 정도로 노이즈가 많이 발생되어 정확한 유량 측정이 곤란한 문제점이 있었다. This kind of noise is generated more severely when the flow speed is slow, and there is a problem that accurate flow measurement is difficult because so much noise is generated that it is difficult to extract valid data below 0.3 m/sec.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 0.3m/sec 이하의 만관 또는 비만관에서의 유량을 정확하게 측정할 수 있는 저유속에 측정 가능한 유량 측정 시스템 및 방법을 제공함에 있다. The present invention was created to solve the conventional problems, and the purpose of the present invention is to provide a flow measurement system and method capable of measuring at low flow rates that can accurately measure the flow rate in a full or empty pipe of 0.3 m/sec or less. there is.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함할 수 있다. The present invention may include the following examples to achieve the above object.
본 발명의 실시예는 배관 내에서 유속을 측정하는 유량 센서부 및 유량 센서부에서 수신된 원시 데이터를 필터링 하여 유량을 산출하는 컨트롤러를 포함하고, 컨트롤러는 천이 구간의 유동이 감지되면 노이즈 필터의 대역폭과 이동평균 시간을 조절하여 노이즈 필터링 후 산출된 유효 데이터로 유량값을 산출하는 것을 특징으로 한다. An embodiment of the present invention includes a flow sensor unit that measures the flow rate within the pipe and a controller that calculates the flow rate by filtering the raw data received from the flow sensor unit, and the controller adjusts the bandwidth of the noise filter when flow in the transition section is detected. It is characterized by calculating the flow rate value using the effective data calculated after noise filtering by adjusting the moving average time.
또한 본 발명은 다른 실시예로서, 배관 내에서 유속과 수위 중 어느 하나를 측정하는 유량 센서부 및 유량 센서부에서 수신된 원시 데이터를 필터링 하여 유량을 산출하는 컨트롤러를 포함하고, 컨트롤러는 레이놀즈 지수값을 산출하여 설정값 이상이면, 노이즈 필터의 대역폭과 이동평균 시간을 조절하여 노이즈 제거 필터링 과정을 거친 후 유량값을 산출할 수 있다. In addition, the present invention, as another embodiment, includes a flow sensor unit that measures either the flow rate or water level in the pipe and a controller that calculates the flow rate by filtering the raw data received from the flow sensor unit, and the controller calculates the Reynolds index value. If is calculated and is greater than the set value, the flow rate value can be calculated after going through the noise removal filtering process by adjusting the bandwidth and moving average time of the noise filter.
위 실시예들에서 컨트롤러는 유량 센서부의 전원 공급 및 구동 전류를 제어하는 센서 제어부와, 데이터를 수신하는 수신부와, 배관의 직경과, 온도 및 유속 중 적어도 하나의 파라미터를 이용하여 레이놀즈 지수를 산출하는 지수 산출 모듈과, 지수 산출 모듈에서 산출된 지수값이 설정된 기준값에 해당되면 노이즈 필터의 대역폭과 이동평균 시간을 조절하는 필터 제어 모듈 및 노이즈 필터에서 필터링된 유효 데이터로서 유량값을 산출하는 출력모듈을 포함할 수 있다. In the above embodiments, the controller includes a sensor control unit that controls the power supply and driving current of the flow sensor unit, a receiver that receives data, and a method for calculating the Reynolds index using at least one parameter of the diameter of the pipe, temperature, and flow rate. An index calculation module, a filter control module that adjusts the bandwidth and moving average time of the noise filter when the index value calculated from the index calculation module corresponds to the set standard value, and an output module that calculates the flow rate value as valid data filtered by the noise filter. It can be included.
위 실시예에서, 컨트롤러는 데이터를 저장하는 저장 장치를 더 포함할 수 있다. In the above embodiment, the controller may further include a storage device for storing data.
또한, 노이즈 필터는 1차 필터링 이후에 산출된 레이놀즈 지수값에 따라 2차로 원시 데이터를 필터링 할 수 있다. Additionally, the noise filter can secondarily filter the raw data according to the Reynolds index value calculated after the first filtering.
본 발명의 또 실시예는 유량 센서부에서 수위 및 유속 중 하나 이상을 감지하는 단계 및 컨트롤러에서 유량 센서부에서 감지된 데이터를 통해 유량을 산출하는 단계를 포함하고, 컨트롤러에서 유량 산출 단계는 원시 데이터를 1차로 노이즈 필터링 하는 단계와, 레이놀즈 지수값을 산출하여 임계치를 감지하는 단계와, 레이놀즈 지수값이 임계치에 해당되면 노이즈 필터의 대역폭과 이동평균 시간을 조절하는 단계와, 2차로 노이즈 필터링하여 노이즈를 제거하는 단계와, 2차 노이즈 필터링 이후 추출된 데이터로서 유량을 산출하는 단계를 포함하는 저유속 유량 측정 방법을 제공한다. Another embodiment of the present invention includes the step of detecting one or more of the water level and the flow rate in the flow sensor unit and the step of calculating the flow rate in the controller through the data sensed by the flow sensor unit, and the step of calculating the flow rate in the controller is performed using raw data. A first step of noise filtering, a step of calculating the Reynolds exponent value and detecting the threshold, a step of adjusting the bandwidth and moving average time of the noise filter if the Reynolds exponent value corresponds to the threshold, and a second step of noise filtering to remove the noise. It provides a low-flow rate flow measurement method including the step of removing and calculating the flow rate from data extracted after secondary noise filtering.
위 실시예에서, 레이놀즈 지수값은 4000 일 수 있다. In the above example, the Reynolds exponent value may be 4000.
본 발명은 0.3m/sec 이하의 유속에서 배관의 유량을 정확히 측정할 수 있어 배관의 파손 유무 및 이상 상황, 수명 예측 등 다양한 계측에서 정확한 데이터를 산출할 수 있다. The present invention can accurately measure the flow rate of a pipe at a flow rate of 0.3 m/sec or less, allowing accurate data to be calculated from various measurements such as pipe damage, abnormal situations, and life prediction.
도 1은 본 발명에서 컨트롤러를 도시한 블럭도이다.
도 2는 저유속 유량 측정 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 S200 단계를 도시한 순서도이다.
도 4는 노이즈 필터링 과정을 간략 도시한 예시도이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예를 비교한 데이터이다. 1 is a block diagram showing a controller in the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing a low flow rate flow measurement method.
Figure 3 is a flowchart showing step S200.
Figure 4 is a schematic diagram illustrating the noise filtering process.
Figures 5 and 6 are data comparing embodiments of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있지만, 특정 실시예를 도면에 예시하여 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 서로 다른 방향으로 연장되는 구조물을 연결 및/또는 고정시키기 위한 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물중 어느 하나에 해당되는 것으로 이해되어야 한다.Although the present invention may be subject to various changes and may have various embodiments, specific embodiments will be described in detail by illustrating them in the drawings. This is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and is not intended to limit the present invention to any of the changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention for connecting and/or fixing structures extending in different directions. It must be understood as applicable.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 명세서에서, "포함하다" 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 배제 하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 명세서에서 비만관은 관 내에 물이 흐를 때 빈 공간이 있는 상태에서 물이 흐르는 관을 의미하고, 만관은 관 내에 빈 공간 없이 물이 흐르는 관을 의미한다. In this specification, an empty pipe refers to a pipe through which water flows while there is an empty space when water flows within the pipe, and a full pipe refers to a pipe through which water flows without an empty space within the pipe.
이하부터 본 발명에 따른 저유속 유량 측정 시스템과 방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the low flow rate flow measurement system and method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에서 컨트롤러를 도시한 블럭도이다.1 is a block diagram showing a controller in the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명은 유량 센서부(10)와, 유량 센서부(10)의 원시 데이터를 통해 유량을 측정하는 컨트롤러(20)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the present invention includes a flow
유량 센서부(10)는 관의 하부에 고정된 상태에서 초음파와 전자석이 융합되어 비만관 내의 수위와 평균 유속을 감지한 원시 데이터를 컨트롤러(20)에 출력한다. 이를 위해 유량 센서부(10)는 초음파를 출력하는 초음파 모듈(도시되지 않음)과, 기전력을 발생시키는 전자석 모듈(도시되지 않음)이 구비될 수 있다. The
이중에서 전자석 모듈(도시되지 않음)은 예를 들면, 비만관 내에서 유속을 측정하는 전극 및 여자코일과, 하우징의 상면에서 상호 대향된 위치에서 인출되는 한 쌍의 전극 사이에서 내향되어 내측에 여자코일이 고정되는 방사 방지부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. Among them, the electromagnet module (not shown) is, for example, between an electrode and an excitation coil that measures the flow rate within the obesity tube and a pair of electrodes drawn from mutually opposing positions on the upper surface of the housing and is excited on the inside. It may include a radiation prevention unit (not shown) to which the coil is fixed.
특히, 비만관 측정 시전극이 인출된 하우징의 상면은 관내의 물과의 저항을 줄일 수 있도록 선단에서 경사면을 형성한 뒤에 직선 방향의 수평면에 형성되는 것이 바람직하다. In particular, when measuring a non-obese tube, it is desirable that the upper surface of the housing from which the electrode is drawn is formed on a straight horizontal surface after forming an inclined surface at the tip to reduce resistance to water in the tube.
또한, 초음파 모듈(도시되지 않음)은 비만관 내에서 초음파를 출력하고, 수면에서 반사된 초음파를 수신함에 따라 수위를 측정할 수 있다. Additionally, the ultrasonic module (not shown) can measure the water level by outputting ultrasonic waves within the obesity tube and receiving ultrasonic waves reflected from the water surface.
이와 같은 유량 센서부(10)의 구성은 다양한 기능 및 구성을 갖는 것 중 어느 하나의 예를 설명한 것으로서 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 컨트롤러(20)는 유량 센서부(10)를 제어하여 감지된 유속과 수위(H) 감지 신호(원시 데이터) 수신하여 유량을 산출 및 출력한다. 여기서 컨트롤러(20)는 원시 데이터로부터 유효 데이터를 추출하기 위하여 신호의 증폭과, 노이즈 제거, 신호 변환 및 연산처리를 진행하여 유량을 산출한다. The configuration of the
보다 구체적으로 설명하자면, 컨트롤러(20)는 유량 센서부(10)로부터 데이터를 수신하는 수신부(210)와, 유량 센서부(10)를 제어하는 센서 제어부(280)와, 원시 데이터를 증폭 및 신호 처리하여 유속을 측정하는 유속 측정 모듈(220)과, 기준 지수를 산출하는 지수 산출 모듈(230)과, 원시 데이터에서 노이즈를 제거 하는 노이즈 필터(260)와, 노이즈 필터(260)의 대역폭과 시간을 조절하는 필터 제어 모듈(240)과, 유속을 통해 유량을 산출 및 출력하는 출력모듈(250)을 포함한다. To be more specific, the
또한, 컨트롤러(20)는 신호의 증폭 및 변환(아날로그 신호에서 디지탈 신호)을 위한 장치를 더 포함할 수 있으며, 이는 일반적으로 공지된 장치 및/또는 방법을 적용함에 따라 그 설명을 생략하였다. In addition, the
또한, 컨트롤러(20)는 원시 데이터 및/또는 필터링된 유효 데이터, 유효 데이터를 통해 연산된 결과값 중 적어도 하나를 저장하는 저장 장치(270)를 포함할 수 있다. 여기서 저장 장치(270)는 외부 단말의 연결이 가능한 연결장치(예를 들면, USB 커넥터)가 포함될 수 있다. Additionally, the
또한, 컨트롤러(20)는 2 개의 CPU로서 유량 산출 및 노이즈 필터링의 제어에 관한 역할을 담당하도록 구분할 수 있다. 예를 들면, 상술한 유속 측정 모듈(220)은 제1 CPU(MC), 지수 산출 모듈(230)과 필터 제어 모듈(240) 및 출력모듈(250)은 제2 CPU(SC)를 통해 구현한다. 이와 같은 CPU의 역할 분류는 단일 CPU로 동작시에 비하여 연산 속도를 향상시킬 수 있고, 동작 중 에러를 방지할 수 있다는 점에서 효과적이다. In addition, the
수신부(210)는 유량 센서부(10)의 데이터를 수신할 수 있다. The
센서 제어부(280)는 유량 센서부의 전원 공급 및 구동 전류를 제어한다. The
유속 측정 모듈(220)은 노이즈 필터(260)에서 필터링된 유효 데이터로서 관내의 유속을 산출한다. 유속 산출 알고리즘은 일반적으로 공지된 바를 적용함에 따라 그 설명을 생략한다.The flow
지수 산출 모듈(230)은 관의 직경과 온도 및/또는 유속을 통하여 레이놀즈 지수를 산출한다. 예를 들면, 배관내의 유속이 0.3m/sec의 이하로서 완전 난류 영역이 아닌 천이구간에 진입하면 배관 내면 근처의 점성의 영향으로 노이즈가 많이 발생된다. 따라서 종래에는 0.3m/sec 이하의 유속에서 유효하지 않은 노이즈의 발생으로 유량 측정이 어려운 것으로 알려져 있다. The
하지만, 본 발명은 0.3m/sec 이하의 유속에서도 유량측정을 가능하게 하도록 하기 위하여 저유속과 그 이상의 유속을 구분할 수 있도록 임계치를 설정하였다. However, in order to enable flow rate measurement even at flow rates of 0.3 m/sec or less, the present invention sets a threshold to distinguish between low flow rates and higher flow rates.
레이놀즈 지수는 측정 결과 유속에 따라 규칙적인 값이 출력됨을 알 수 있었고, 이를 통해 레이놀즈 지수 4000 이하를 임계치로 설정하였다. As a result of the measurement, the Reynolds index was found to output regular values depending on the flow rate, and through this, the Reynolds index of 4000 or less was set as the threshold.
필터 제어 모듈(240)은 노이즈 필터(260)의 대역폭과 시간을 조절한다. 예를 들면, 필터 제어 모듈(240)은 1차 노이즈 필터(260) 이후에 연산된 레이놀즈 지수가 4000 이하면 노이즈 필터(260)의 대역폭과 시간을 조절하여 2차 필터링 하도록 노이즈 필터(260)를 제어한다. The
이때, 노이즈 필터(260)는 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 노이즈 필터(260)의 2차 필터링 과정의 예를 도시한 그래프이다. At this time, the
도 4를 참조하면, 노이즈 필터(260)는 이동 평균 기법을 활용하여 유효 데이터와 유효하지 않은 데이터(노이즈)를 구분하였다. 또한 노이즈 필터(260)는 1차 필터링 이후에 레이놀즈 지수가 4000 이하 및/또는 0.3m/sec 이하의 유속이 감지되면, 2차 필터링을 진행할 수 있다. Referring to FIG. 4, the
이때 필터 제어 모듈(240)은 노이즈 필터(260)의 대역폭의 상한선(Ho)을 하향, 하한선(Lo)을 상향, 이동 평균 시간을 단축 또는 연장시키는 방식으로 노이즈 필터(260)의 대역폭과 시간을 조절한다. At this time, the
예를 들면, 필터 제어 모듈(240)은 설정된 1차 대역 내에 정상 데이터가 많이 분포할 경우에 이동 평균 시간을 보다 길게 조절하여 1차 필터링을 진행한다. For example, when a lot of normal data is distributed within the set primary band, the
또한, 필터 제어 모듈(240)은 1차 필터링 이후에 설정된 레이놀즈 지수 값이 임계치(4000 이하)에 해당되면 설정된 2차 대역으로 대역폭을 조절하고, 이동평균 시간을 단축시키도록 노이즈 필터(260)를 제어하여 보다 좁은 범위 내에서 유효 데이터와 노이즈를 분별한다. In addition, the
본 발명에서는 이와 같은 방식을 적용한 실시예와, 적용되지 않은 비교예를 통해 불감대 영역 유량 측정 오차 시험을 진행하여 도 5의 그래프 및 도 6의 표와 같은 결과를 얻을 수 있었다. In the present invention, a dead zone flow measurement error test was conducted through an example in which this method was applied and a comparative example in which the method was not applied, and results such as the graph in FIG. 5 and the table in FIG. 6 were obtained.
도 5는 비교 그래프, 도 6은 측정값을 기재한 표이다. Figure 5 is a comparison graph, and Figure 6 is a table listing measured values.
도 5와 도 6을 참조하며, 본 발명이 적용된 경우(자사)에는 0.3 m/sec 이하에서 -0.22에서 -0.1 이고, 비교예(타사)의 경우에는 1.61 부터 0.21로 측정되었다. 즉, 본 발명은 0.3m/sec 이하의 유속에서 이동평균 기법에 의한 노이즈 필터링을 실행하되, 1차 필터링 이후에 산출된 레이놀즈 지수값에 따라 2차 필터링 시에 대역폭과 이동평균 시간을 조절한 뒤에 2차 필터링을 진행했을 때 비교예보다 훨신 안정된 범위의 값을 산출할 수 있는 것이 확인 되었다. Referring to Figures 5 and 6, in the case where the present invention was applied (our company), it was measured from -0.22 to -0.1 at 0.3 m/sec or less, and in the case of the comparative example (other company), it was measured from 1.61 to 0.21. In other words, the present invention performs noise filtering using the moving average technique at a flow speed of 0.3 m/sec or less, but after adjusting the bandwidth and moving average time during the second filtering according to the Reynolds index value calculated after the first filtering. When secondary filtering was performed, it was confirmed that a much more stable range of values could be calculated than in the comparative example.
출력모듈(250)은 필터링 된 데이터를 통해 유량값을 산출한다. 여기서 출력모듈(250)은 산출된 유량값을 저장 장치(270)에 저장하거나, 디스플레이(도시되지 않음)에 출력할 수 있다. The
본 발명은 상기와 같은 구성을 통해 저유속 유량 측정 방법을 제공할 수 있다. 이는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. The present invention can provide a low flow rate flow measurement method through the above configuration. This is explained with reference to FIGS. 2 and 3.
도 2는 본 발명에 따른 저유속 유량 측정 방법을 도시한 순서도이다. Figure 2 is a flow chart showing a low flow rate flow measurement method according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명은 유량 센서부(10)에서 유속을 감지한 원시 데이터를 송신하는 S100 단계돠, 컨트롤러(20)에서 노이즈 필터링하여 유효 데이터로 유량값을 산출하는 S200 단계와, 컨트롤러(20)가 산출된 데이터를 저장 장치(270)에 저장하고, 외부 단말에 전송하는 S300 단계를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the present invention includes a step S100 in which the
S100 단계는 유량 센서부(10)가 배관 내에서 수위 및/또는 유속을 감지하여 컨트롤러(20)에 데이터를 송신하는 단계이다. 유량 센서부(10)는 컨트롤러(20)의 제어에 의해 온 또는 자동 설정에 의해 관 내에서 수위 및/또는 유속을 측정한 데이터를 송신한다. 이때, 초음파 모듈(도시되지 않음)은 초음파를 출력하고, 여자코일은 여자되어 유량 센서부(10)의 하우징 상면에서 양측에서 각각 돌출된 전극 사이에 기전력을 발생시켜 유속을 측정한다. 이와 같이 측정된 데이터(원시 데이터)는 컨트롤러(20)의 수신부로 송신된다. Step S100 is a step in which the
S200 단계는 컨트롤러(20)에서 유량 센서부(10)의 원시 데이터를 증폭, 노이즈 제거 및 디지탈 신호로 변환 과정을 거쳐 유효 데이터를 산출하고, 유효 데이터를 통해 수위 및/또는 유량을 연산하는 단계이다. Step S200 is a step in which the
여기서 컨트롤러(20)는 0.3m/sec 이하의 유속에서 노이즈 발생으로 인한 유량 측정의 어려움을 해소하기 위하여 2차에 걸친 노이즈 필터링 과정을 진행할 수 있다. 이는 도 3을 참조하여 후술한다. Here, the
S300 단계는 컨트롤러(20)가 노이즈가 제거된 유효 데이터 및 유량값을 저장 장치(270)에 저장하고, 외부 단말의 요청시에 데이터를 전송하는 단계이다. 컨트롤러(20)는 S200 단계에서 산출된 결과값을 디스플레이(도시되지 않음)에 출력하고, 저장 장치(270)에 저장할 수 있다. 그리고 컨트롤러(20)는 수신부(210) 또는 USB와 같은 유선 커넥터를 통해 접속 요청시에 식별정보(예를 들면, ID와 패스워드) 확인 과정을 거친 후 접속을 허여 또는 요청 데이터를 전송할 수 있다. Step S300 is a step in which the
도 3은 S200 단계를 도시한 순서도이다.Figure 3 is a flowchart showing step S200.
도 3을 참조하면, S200 단계는 원시 데이터를 수신하는 S210 단계와, 1차 노이즈 필터링하는 S220 단계와, 레이놀즈 지수를 연산하는 S230 단계와, 기준값 이상을 감지하는 S240 단계와, 기준값 이상 이면 노이즈 필터(260)를 조정하는 S250 단계와, 2차 노이즈 필터링 하는 S260 단계와, 유량값을 산출하는 S270 단계를 포함한다. Referring to Figure 3, step S200 includes a step S210 of receiving raw data, a step S220 of primary noise filtering, a step S230 of calculating the Reynolds index, a step S240 of detecting a value above the reference value, and a noise filter if the value is above the reference value. It includes a step S250 of adjusting (260), a step S260 of secondary noise filtering, and a step S270 of calculating the flow rate value.
S210 단계는 컨트롤러(20)가 유량 센서부(10)로부터 데이터를 수신하는 단계이다. 데이터 요청은 자동 설정된 주기 및/또는 외부 단말의 입력 명령에 따라 컨트롤러(20)가 요청할 수 있다. Step S210 is a step in which the
S220 단계는 노이즈 필터(260)가 유량 센서부(10)에서 송신한 원시 데이터를 1차 노이즈 필터링 하는 단계이다. 노이즈 필터(260)는 설정된 대역폭과 시간의 파라미터에 의한 이동평균 기법으로 진행될 수 있다. Step S220 is a step in which the
S230 단계는 기준 지수를 산출하는 단계이다. Step S230 is the step of calculating the standard index.
예를 들면, 만약 배관 내의 유속이 느릴 수록 배관 내의 환경 등 여러가지 요인에 의해 노이즈가 높게 발생된다. 특히 0.3m/sec 이하의 유속일 때는 노이즈 때문에 유효 데이터와 유효하지 않은 데이터의 구분이 어렵다. For example, the slower the flow rate in the pipe, the higher the noise is generated due to various factors such as the environment within the pipe. Especially when the flow speed is less than 0.3m/sec, it is difficult to distinguish between valid and invalid data due to noise.
따라서 본 발명은 0.3m/sec 이상과 이하의 유속을 구분하기 위하여 레이놀즈 지수를 적용하였다. 그러므로 컨트롤러는 1차 필터링 이후에 레이놀즈 지수를 산출한다. Therefore, the present invention applied the Reynolds index to distinguish between flow velocities above and below 0.3 m/sec. Therefore, the controller calculates the Reynolds index after first filtering.
S240 단계는 레이놀즈 지수 값이 기준값 이상 인지를 감지하는 단계이다. 본 출원인은 유속과 레이놀즈 지수의 상관 관계를 고려하여 4000 으로 설정하였다. 따라서 컨트롤러(20)는 관의 직경과 유속 및 온도 등의 파라미터를 이용하여 레이놀즈 지수 값을 산출하였고, 그 결과가 4000 이하 일 경우, 1차 필터링 된 데이터를 유효 데이터로 간주한다. Step S240 is a step to detect whether the Reynolds index value is greater than or equal to the reference value. The present applicant set it to 4000 considering the correlation between flow rate and Reynolds index. Therefore, the
S250 단계는 컨트롤러(20)가 레이놀즈 지수 값이 기준값 이상 일 경우라면, 노이즈 필터링을 조절하는 단계이다. 노이즈 필터(260)는 이동평균 기법을 적용하여 설정된 대역폭과 시간 내에 원시 데이터에서 유효 데이터를 구분한다. 이때, 컨트롤러(20)는 2차 노이즈 필터링을 위하여 대역폭의 상한선(Ho)과 하한선(Lo) 및 이동평균 시간을 보다 단축시키는 것으로 노이즈 필터(260)를 조절한다. Step S250 is a step in which the
따라서 노이즈 필터(260)는 대역폭의 상한선(Ho)이 보다 낮은 값으로 변경되고, 대역폭의 하한선(Ho)이 기준값과 보다 가까워지도록 상향된 값으로 변경된다. 그러므로 대역폭이 1차 필터링에 비하여 대역폭이 보다 감소된다. Accordingly, the upper limit of the bandwidth (Ho) of the
또한, 노이즈 필터(260)의 이동평균 시간은 대역폭 내에 유효하지 않은 데이터가 많을수록 단축되고, 대역폭 내에 유효 데이터가 많을 수록 길게 조절된다. Additionally, the moving average time of the
즉, 노이즈 필터(260)는 2차 필터링을 위하여 대역폭과 이동평균 시간이 설정값으로 조절된다. That is, the bandwidth and moving average time of the
S260 단계는 컨트롤러(20)가 2차 필터링하는 단계이다. 노이즈 필터(260)는 S250 단계에서 조정된 대역폭과 이동평균 시간을 적용하여 2차로 필터링 하여 원시 데이터 중에서 유효 데이터만을 추출한다. Step S260 is a step in which the
S270 단계는 컨트롤러(20)가 2차 필터링된 데이터로서 유량값을 산출하는 단계이다. 컨트롤러(20)는 산출된 유량값을 디스플레이(도시되지 않음)에 출력하거나 저장 장치(270)에 저장한다. 저장된 데이터는 외부 단말의 요청에 따라 전송될 수 있다. Step S270 is a step in which the
그러므로 본 발명은 앞서 설명한 구성 및 방법에 의해 0.3m/sec 이하의 유속을 갖는 배관 내의 유량을 측정시 종래의 문제점으로 지적된 많은 노이즈로 인한 유효 데이터의 추출에 어려운 문제점을 해결할 수 있다. Therefore, the present invention can solve the problem of difficulty in extracting valid data due to a lot of noise, which was pointed out as a conventional problem when measuring the flow rate in a pipe with a flow rate of 0.3 m/sec or less by using the configuration and method described above.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above with limited examples and drawings, the present invention is not limited thereto, and of course, various modifications and variations can be made by those skilled in the art to which the present invention pertains.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Those skilled in the art related to this embodiment will understand that the above-described substrate can be implemented in a modified form without departing from its essential characteristics. Therefore, disclosure methods should be considered from an explanatory rather than a restrictive perspective. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.
10 : 유량 센서부
20 : 컨트롤러
210 : 수신부
220 : 유속 측정 모듈
230 : 지수 산출 모듈
240 : 필터 제어 모듈
250 : 출력모듈
260 : 노이즈 필터
270 : 저장 장치
280 : 센서 제어부
MC : 제1 CPU
SC : 제2 CPU10: Flow sensor unit
20: controller
210: receiving unit
220: Flow measurement module
230: Index calculation module
240: Filter control module
250: Output module
260: noise filter
270: storage device
280: sensor control unit
MC: 1st CPU
SC: 2nd CPU
Claims (8)
유량 센서부에서 수신된 원시 데이터를 필터링 하여 유량을 산출하는 컨트롤러; 를 포함하고,
컨트롤러는
0.3m/sec 이하의 유속이 감지되면 노이즈 필터의 대역폭과 이동평균 시간을 조절하여 노이즈 제거 필터링 과정을 거친 후 유량값을 산출하는 것; 을 특징으로 하는 저유속 유량 측정 시스템.
A flow sensor unit that measures either the flow rate or the water level within the pipe; and
A controller that calculates the flow rate by filtering the raw data received from the flow sensor unit; Including,
The controller is
When a flow speed of 0.3 m/sec or less is detected, the bandwidth and moving average time of the noise filter are adjusted to go through a noise removal filtering process and then the flow rate value is calculated; A low flow rate flow measurement system featuring.
유량 센서부에서 수신된 원시 데이터를 필터링 하여 유량을 산출하는 컨트롤러; 를 포함하고,
컨트롤러는
레이놀즈 지수값을 산출하여 설정된 임계치에 해당되면 노이즈 필터의 대역폭과 이동평균 시간을 조절하여 노이즈 제거 필터링 과정을 거친 후 유량값을 산출하는 것; 을 특징으로 하는 저유속 유량 측정 시스템.
A flow sensor unit that measures either the flow rate or the water level within the pipe; and
A controller that calculates the flow rate by filtering the raw data received from the flow sensor unit; Including,
The controller is
Calculate the Reynolds index value and, if it falls within a set threshold, adjust the bandwidth and moving average time of the noise filter to go through a noise removal filtering process and then calculate the flow rate value; A low flow rate flow measurement system featuring.
유량 센서부로 부터 데이터를 수신하는 수신부;
배관의 직경과, 온도 및 유속 중 적어도 하나의 파라미터를 이용하여 레이놀즈 지수를 산출하는 지수 산출 모듈;
지수 산출 모듈에서 산출된 지수값이 설정된 임계치에 해당되면 노이즈 필터의 대역폭과 이동평균 시간을 조절하는 필터 제어 모듈; 및
노이즈 필터에서 필터링된 유효 데이터로서 유량값을 산출하는 출력모듈(250); 을 포함하는 저유속 유량 측정 시스템.
The method of claim 1, wherein the controller
A receiving unit that receives data from the flow sensor unit;
an index calculation module that calculates the Reynolds index using at least one parameter of the diameter of the pipe, temperature, and flow rate;
a filter control module that adjusts the bandwidth and moving average time of the noise filter when the index value calculated by the index calculation module corresponds to a set threshold; and
An output module 250 that calculates a flow rate value as valid data filtered by a noise filter; A low flow rate flow measurement system comprising a.
데이터를 저장하는 저장 장치; 를 더 포함하는 저유속 유량 측정 시스템.
The method of claim 1 or claim 2, wherein the controller
a storage device that stores data; A low flow rate flow measurement system further comprising:
1차 필터링 이후에 산출된 레이놀즈 지수값에 따라 2차로 원시 데이터를 필터링하는 것; 을 특징으로 하는 저유속 유량 측정 시스템.
The method in claim 3, wherein the noise filter is
Second filtering of the raw data according to the Reynolds index value calculated after the first filtering; A low flow rate flow measurement system featuring.
제1 CPU와 제2 CPU를 포함하고,
제1 CPU는 유량 센서부의 원시 데이터를 수신하여 1차로 노이즈 필터링 후 유속을 측정하는 유속 측정 모듈; 을 포함하고,
제2 CPU는
배관의 직경과, 온도 및 유속 중 적어도 하나의 파라미터를 이용하여 레이놀즈 지수를 산출하는 지수 산출 모듈;
지수 산출 모듈에서 산출된 지수값이 설정된 임계치에 해당되면 노이즈 필터의 대역폭과 이동평균 시간을 조절하는 필터 제어 모듈; 및
노이즈 필터에서 필터링된 유효 데이터로서 유량값을 산출하는 출력모듈;을 포함하는 것; 을 특징으로 하는 저유속 유량 측정 시스템.
The method of claim 1 or claim 2, wherein the controller
Including a first CPU and a second CPU,
The first CPU includes a flow rate measurement module that receives raw data from the flow sensor unit and measures the flow rate after primary noise filtering; Including,
The second CPU is
an index calculation module that calculates the Reynolds index using at least one parameter of the diameter of the pipe, temperature, and flow rate;
a filter control module that adjusts the bandwidth and moving average time of the noise filter when the index value calculated by the index calculation module corresponds to a set threshold; and
An output module that calculates a flow rate value as valid data filtered by a noise filter; A low flow rate flow measurement system featuring.
컨트롤러에서 유량 센서부에서 감지된 데이터를 통해 유량을 산출하는 단계; 를 포함하고,
컨트롤러의 유량 산출 단계는
원시 데이터를 1차로 노이즈 필터링 하는 단계;
레이놀즈 지수값을 산출하고, 산출된 지수값이 임계치에 해당되는 지를 감지하는 단계;
임계치에 해당되면 노이즈 필터의 대역폭과 이동평균 시간을 조절하는 단계;
2차로 노이즈 필터링하여 노이즈를 제거하는 단계;
2차 노이즈 필터링 이후 추출된 데이터로서 유량을 산출하는 단계;를 포함하는 저유속 유량 측정 방법.
Detecting one or more of the water level and flow rate by the flow sensor unit; and
Calculating the flow rate in the controller using data detected by the flow sensor unit; Including,
The flow rate calculation stage of the controller is
Primary noise filtering of raw data;
Calculating a Reynolds index value and detecting whether the calculated index value corresponds to a threshold value;
adjusting the bandwidth and moving average time of the noise filter if the threshold value is met;
Secondary noise filtering to remove noise;
A low-flow rate flow measurement method comprising: calculating a flow rate from data extracted after secondary noise filtering.
레이놀즈 지수 4000 이하인 것; 을 특징으로 하는 저유속 유량 측정 방법.
The method of claim 7, wherein the threshold is
Reynolds exponent less than 4000; A low flow rate flow measurement method characterized by
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220176862A KR20240094518A (en) | 2022-12-16 | 2022-12-16 | Low flow rate flow measurement system and method |
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Citations (1)
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KR101573680B1 (en) | 2015-08-20 | 2015-12-02 | (주)리테크 | Magnetic folwmeter of multiple sampling using digital filter |
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