KR102718998B1 - Method for calibration of wet type multipath ultrasonic flowmeter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 습식 다회선 초음파 유량계의 교정방법에 관한 것이다.
본 발명은 습식 다회선 초음파 유량계의 현장 검증을 위한 것으로서, 상호간에 초음파를 수신 및 발신하는 한 쌍의 건식 초음파센서를 유체의 흐름방향을 따라 상호 이격되게 상기 측정관의 외벽에 부착하는 단계, 건식 초음파센서를 이용하여 측정관 내부를 흐르는 유체의 건식측정유속을 측정하는 단계, 습식 다회선 초음파 유량계의 복수의 유속측정회선으로부터 각각 부분유속을 측정하고, 복수의 유속측정회선 중 초음파의 전달경로가 측정관의 중앙을 지나는 중앙측정회선에서 측정된 중앙부분유속을 파악하는 단계, 부분유속들을 중앙부분유속에 대한 비율로 환산한 환산부분유속을 산출하고, 복수의 환산부분유속들의 평균값을 구하여 환산보정계수로 설정하는 단계 및 건식측정유속에 환산보정계수를 곱하여 건식평균유속을 산출하고, 건식평균유속을 이용하여 습식 다회선 유량계에서 측정된 평균유속과 비교하여 습식 다회선 유량계의 성능을 검증하는 단계를 구비하는 것에 특징이 있다. The present invention relates to a calibration method for a wet multi-circuit ultrasonic flow meter.
The present invention is for field verification of a wet multi-circuit ultrasonic flow meter, and comprises the steps of: attaching a pair of dry ultrasonic sensors, which mutually receive and transmit ultrasonic waves, to the outer wall of the measuring tube so as to be spaced apart from each other along the direction of flow of the fluid; measuring a dry measurement velocity of a fluid flowing inside the measuring tube using the dry ultrasonic sensors; measuring partial velocities from each of a plurality of velocity measurement lines of the wet multi-circuit ultrasonic flow meter, and identifying a central partial velocity measured from a central measurement line in which an ultrasonic transmission path passes through the center of the measuring tube among the plurality of velocity measurement lines; calculating a converted partial velocity by converting the partial velocities into a ratio to the central partial velocity, obtaining an average value of the plurality of converted partial velocities, and setting it as a conversion correction factor; and calculating a dry average velocity by multiplying the dry measurement velocity by the conversion correction factor, and verifying the performance of the wet multi-circuit flow meter by comparing the dry average velocity with an average velocity measured by the wet multi-circuit flow meter using the dry average velocity. It has a characteristic.
Description
본 발명은 초음파를 이용하여 유체의 유속 및 유량을 측정하는 초음파 유량계에 관한 기술로서, 특히 초음파 유량계의 성능을 현장에서 직접 검증하는 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a technology for an ultrasonic flow meter that measures the flow rate and volume of a fluid using ultrasonic waves, and more particularly, to a method and device for directly verifying the performance of an ultrasonic flow meter in the field.
초음파 유량계는 이동하는 유체에 초음파를 발신 및 수신하여 유속 및 유량을 측정하기 위한 것이다. 유체가 지나는 순방향을 따라 초음파를 전파시키는 경우에 비하여 역방향을 따라 전파시키는 경우 전달 시간이 짧아진다. 순방향과 역방향에서의 전달시간 차이를 이용하여 유속 및 유량을 측정한다. Ultrasonic flow meters are used to measure flow velocity and flow rate by transmitting and receiving ultrasonic waves to moving fluids. When ultrasonic waves are transmitted in the forward direction of the fluid, the transmission time is shorter when they are transmitted in the reverse direction. The velocity and flow rate are measured by using the difference in transmission time in the forward and reverse directions.
초음파 유량계는 상수도관을 비롯하여 다양한 산업현장의 관로에 설치되는데, 주기적으로 동작 상태나 성능을 검사하여 정확도 및 성능을 검증해야 한다. Ultrasonic flow meters are installed in pipelines in various industrial sites, including water pipes, and their operating status and performance must be periodically inspected to verify their accuracy and performance.
초음파 유량계의 검증을 위해서 유량계를 관로에서 분리하여 교정 시설에서 검증을 실시하는 경우도 있지만, 이는 해당 유량계가 설치된 관로를 폐쇄해야 하는 문제가 있다. 또한 외부의 교정시설에서 완벽하게 교정을 했다고 하더라도, 다시 관로에 설치하는 과정에서 성능과 기능에 영향을 미칠 수도 있으므로 충분하지 않다. In order to verify an ultrasonic flowmeter, the flowmeter is sometimes separated from the pipeline and verified at a calibration facility, but this has the problem that the pipeline where the flowmeter is installed must be closed. In addition, even if it is perfectly calibrated at an external calibration facility, it is not sufficient because the performance and function may be affected when reinstalled in the pipeline.
이에 관로를 폐쇄하지 않은 상태에서 초음파 유량계의 성능을 검증하기 위한 방법으로 외벽 부착식 유량계(또는 건식 유량계)를 이용한다. 즉 검증대상이 되는 초음파 유량계와 별도로 외벽 부착식 유량계를 관로에 설치하여 유량을 측정하여, 기설치되어 있는 초음파 유량계의 성능을 검증한다. To verify the performance of the ultrasonic flow meter without closing the pipeline, an external wall-mounted flow meter (or dry flow meter) is used. That is, a wall-mounted flow meter is installed separately from the ultrasonic flow meter to be verified in the pipeline and the flow rate is measured to verify the performance of the existing ultrasonic flow meter.
다만 건식 유량계를 이용하여 기설치된 유량계의 성능을 검증할 때 건식 유량계를 설치하는 장소에 제한이 있다. 예컨대 유체의 흐름에 영향을 미칠 수 있는 방해, 즉 곡관부, 확대관, 축소관, 밸브 등 외란(disturbance) 요소가 있는 경우 건식 유량계의 설치 장소가 제한된다. 예컨대, 외란에 대해 ±2% 이내의 측정 허용오차를 조건으로 하는 경우, 외란 요소로서 관로에 90도 곡관부가 있으면 곡관이 끝난 후 관로 직경의 30배 이상되는 거리가 지난 지점에 건식 유량계를 설치해서 측정해야 한다(영국 Sanderson & Yeung, 2002). 또한 외란 요소로서 8°이내의 확대관이 있다면 확대관이 끝난 지점에서 직경의 l8배의 거리를 지난 지점에 건식 유량계를 설치해야 한다. 이외에도 다양한 외란 요소에 대해서 건식 유량계의 설치 위치에는 제한이 있다. 따라서 건식 유량계를 이용하여 기설치된 유량계에 대한 현장 검증을 하는데 많은 어려움이 있다.However, when verifying the performance of an existing flow meter using a dry flow meter, there are restrictions on the location where the dry flow meter can be installed. For example, if there are disturbance factors such as bends, expansion pipes, reduction pipes, and valves that can affect the flow of fluid, the location where the dry flow meter can be installed is restricted. For example, if a measurement tolerance of ±2% for disturbance is required, if there is a 90-degree bend in the pipe as a disturbance factor, the dry flow meter must be installed and measured at a point that is at least 30 times the pipe diameter after the end of the bend (Sanderson & Yeung, 2002, UK). In addition, if there is an expansion pipe within 8° as a disturbance factor, the dry flow meter must be installed at a point that is 18 times the diameter after the end of the expansion pipe. In addition, there are restrictions on the location where the dry flow meter can be installed for various disturbance factors. Therefore, there are many difficulties in performing field verification of an existing flow meter using a dry flow meter.
한편, 건식 초음파 유량계를 기존의 관로에 설치하여 유량을 측정하는 경우에도 측정 정확도를 저해하는 요소들이 있다. 즉 관로의 두께, 재질, 스케일 부착 정도, 관로의 찌그러짐, 초음파 센서 사이의 이격거리 등 다양한 요소에 따라 초음파의 전달경로나 신호강도에 영향을 미치게 된다. 이러한 물리적/기계적 요소들로 인하여 건식 초음파 유량계를 이용한 유속/유량 측정의 정확도에 문제가 제기될 수 있다. Meanwhile, even when installing a dry ultrasonic flow meter in an existing pipeline to measure flow, there are factors that reduce measurement accuracy. That is, the transmission path or signal intensity of ultrasonic waves are affected by various factors such as the thickness of the pipeline, material, degree of scale attachment, distortion of the pipeline, and the distance between ultrasonic sensors. These physical/mechanical factors may cause problems in the accuracy of velocity/flow measurement using a dry ultrasonic flow meter.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외벽 부착식 건식 유량계를 이용하여 기설치된 습식 다회선 초음파 유량계에 대한 현장검증시 정확도와 신뢰도가 높으며 설치 장소의 제한이 없는 교정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and the purpose of the present invention is to provide a calibration method that has high accuracy and reliability and is not limited to the installation location when verifying on-site a pre-installed wet multi-circuit ultrasonic flow meter using an external wall-mounted dry flow meter.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.Meanwhile, other unspecified purposes of the present invention will be additionally considered within a range that can be easily inferred from the following detailed description and its effects.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 습식 다회선 초음파 유량계 교정방법은, 내부로 유체가 흐르며 관로에 삽입설치되는 측정관과, 유체의 흐름방향 상 상류측과 하류측에 서로 마주보게 배치되며 상기 측정관에 관통설치되어 상호간에 초음파를 발신 및 수신하는 한 쌍의 습식 초음파센서를 각각 구비하며 상기 측정관의 반경방향을 따라 상호 이격되게 배치되는 복수의 초음파 유속측정회선을 구비하는 습식 다회선 초음파 유량계의 성능을 검증하기 위한 것으로서, (a)상호간에 초음파를 수신 및 발신하는 한 쌍의 건식 초음파센서를 유체의 흐름방향을 따라 상호 이격되게 상기 측정관의 외벽에 부착하는 단계; (b)상기 건식 초음파센서를 이용하여 상기 측정관 내부를 흐르는 유체의 건식측정유속을 측정하는 단계; (c)상기 습식 다회선 초음파 유량계의 상기 복수의 유속측정회선으로부터 각각 부분유속을 측정하고, 상기 복수의 유속측정회선 중 초음파의 전달경로가 상기 측정관의 중앙을 지나는 중앙측정회선에서 측정된 중앙부분유속을 파악하는 단계; (d)상기 부분유속들을 상기 중앙부분유속에 대한 비율로 환산한 환산부분유속을 산출하고, 상기 복수의 환산부분유속들의 평균값을 구하여 환산보정계수로 설정하는 단계; 및 (e)상기 건식측정유속에 환산보정계수를 곱하여 건식평균유속을 산출하고, 상기 건식평균유속을 이용하여 상기 습식 다회선 유량계에서 측정된 평균유속과 비교하여 상기 습식 다회선 유량계의 성능을 검증하는 단계;를 구비하는 것에 특징이 있다. In order to achieve the above object, the present invention provides a wet multi-line ultrasonic flow meter calibration method, which comprises a measuring tube inserted into a pipe with a fluid flowing inside, a pair of wet ultrasonic sensors each of which is disposed facing each other on the upstream and downstream sides in the direction of fluid flow and penetrates the measuring tube to transmit and receive ultrasonic waves from each other, and a plurality of ultrasonic velocity measurement lines disposed spaced apart from each other along the radial direction of the measuring tube, for verifying the performance of the wet multi-line ultrasonic flow meter, comprising the steps of: (a) attaching a pair of dry ultrasonic sensors, which transmit and receive ultrasonic waves from each other, to the outer wall of the measuring tube so as to be spaced apart from each other along the direction of fluid flow; (b) measuring a dry velocity of a fluid flowing inside the measuring tube using the dry ultrasonic sensors; (c) a step of measuring partial velocities from each of the plurality of velocity measurement lines of the wet multi-circuit ultrasonic flowmeter, and identifying a central partial velocity measured from a central measurement line among the plurality of velocity measurement lines in which an ultrasonic transmission path passes through the center of the measurement pipe; (d) a step of calculating a converted partial velocity by converting the partial velocities into a ratio to the central partial velocity, and obtaining an average value of the plurality of converted partial velocities and setting the converted partial velocity as a conversion correction coefficient; and (e) a step of calculating a dry average velocity by multiplying the dry measured velocity by the conversion correction coefficient, and verifying the performance of the wet multi-circuit flowmeter by comparing the dry average velocity with the average velocity measured by the wet multi-circuit flowmeter.
본 발명에 따르면, 상기 한 쌍의 건식 초음파센서에서 발신된 초음파는 상기 측정관의 중심선이 포함된 중심면 상에서 전달된다. According to the present invention, ultrasonic waves transmitted from the pair of dry ultrasonic sensors are transmitted on a central plane including the center line of the measuring tube.
본 발명의 일 예에서, 상기 한 쌍의 건식 초음파센서는 상기 초음파 유량계에 마련된 지그에 안착되며, 상기 지그는, 상기 측정관의 길이방향을 따라 길게 형성되며, 상기 측정관의 반경방향을 따라 상호 이격되게 상기 측정관의 외벽에 부착되는 한 쌍의 가드프레임과, 상기 가드프레임 사이에 안착된 상기 건식 초음파센서를 위치고정하기 위한 고정유닛을 구비한다. In one example of the present invention, the pair of dry ultrasonic sensors are mounted on a jig provided in the ultrasonic flow meter, the jig being formed long along the longitudinal direction of the measuring tube and having a pair of guard frames attached to the outer wall of the measuring tube so as to be spaced apart from each other along the radial direction of the measuring tube, and a fixing unit for fixing the position of the dry ultrasonic sensor mounted between the guard frames.
특히 상기 고정유닛은 상기 한 쌍의 가드프레임 상에서 위치이동 가능하게 설치되며 상기 건식 초음파센서를 감싸는 커버부와, 상기 커버부에 나사결합되어 나사체결되는 방향으로 회전시 상기 건식 초음파센서를 상기 측정관 방향으로 가압하는 가압봉을 구비한다. In particular, the above-mentioned fixed unit is installed so as to be positionally movable on the above-mentioned pair of guard frames and has a cover part that surrounds the above-mentioned dry ultrasonic sensor, and a pressurizing rod that is screw-connected to the cover part and pressurizes the above-mentioned dry ultrasonic sensor toward the above-mentioned measuring tube when rotated in the direction of screw fastening.
본 발명의 일 예에서, 상기 한 쌍의 건식 초음파센서는 상기 지그의 한 쌍의 가드프레임 사이에 안착되어, 일측의 초음파센서로부터 발사된 초음파는 측정관에서 반사되어 'V'자 또는 'W'자 경로를 형성한 후 타측 초음파센서로 수신된다. In one example of the present invention, the pair of dry ultrasonic sensors are mounted between a pair of guard frames of the jig, so that ultrasonic waves emitted from one ultrasonic sensor are reflected from a measuring tube to form a 'V' or 'W' shaped path, and then are received by the other ultrasonic sensor.
본 발명의 일 예에서, 상기 복수의 환산부분유속들과, 스플라인 보간법을 이용하여 상기 측정관의 반경방향 거리에 따른 환산부분유속에 대한 함수를 설정하고, 상기 함수를 상기 측정관의 측정관의 반경방향 거리에 대하여 적분한 후, 적분값을 상기 측정관의 직경으로 나누어 환산부분유속의 평균값을 산출할 수 있다. In one example of the present invention, a function for the converted partial velocity according to the radial distance of the measuring tube is set using the plurality of converted partial velocity and the spline interpolation method, and the function is integrated with respect to the radial distance of the measuring tube, and then the integrated value is divided by the diameter of the measuring tube to calculate the average value of the converted partial velocity.
본 발명에서는 건식 초음파센서를 이용하여 습식 다회선 초음파 유량계의 현장검증을 같은 곳에서 수행할 수 있는 방법을 제공한다. 본 방법은 기계적 구성의 개선 및 유속 산출 프로그램의 개선에 의하여 가능해진다.The present invention provides a method for performing field verification of a wet multi-circuit ultrasonic flow meter at the same location using a dry ultrasonic sensor. This method is made possible by improvements in the mechanical configuration and the flow rate calculation program.
본 발명에서는 건식 초음파센서를 배관이 아닌 습식 초음파 유량계에 측정하며, 특히 지그를 미리 설치해 놓아 건식 초음파센서의 설치 정확도 및 측정 정확도가 향상된다. In the present invention, a dry ultrasonic sensor is used to measure flow in a wet ultrasonic flow meter rather than a pipe, and in particular, a jig is installed in advance to improve the installation accuracy and measurement accuracy of the dry ultrasonic sensor.
또한 습식 다회선 초음파 유량계에서 획득된 유체의 영역별 부분유속을 건식 초음파센서에서 측정된 유속값에 반영함으로써 단일 회선으로만 측정되는 건식 센서의 한계를 극복하여 측정 정확도를 향상시킬 수 있다. In addition, by reflecting the partial flow rate of the fluid area obtained from the wet multi-circuit ultrasonic flowmeter to the flow rate value measured from the dry ultrasonic sensor, the limitation of the dry sensor that measures only with a single circuit can be overcome, thereby improving the measurement accuracy.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.Meanwhile, it is added that even if an effect is not explicitly mentioned herein, the effect and its provisional effect described in the following specification expected by the technical features of the present invention are treated as described in the specification of the present invention.
도 1은 습식 다회선 초음파 유량계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 초음파 유량계에 의해 측정된 유체의 유속 분포를 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4는 비정형적 유속 분포 패턴을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 습식 다회선 초음파 유량계 교정방법의 개략적 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 예에서 사용하는 지그의 개략적 사시도이다.
도 7은 지그가 습식 다회선 초음파 유량계에 설치된 상태에서 건식 초음파센서를 설치하는 것을 나타낸 분리사시도이다.
도 8은 도 7에서 복수의 유속측정회선이 지나는 가상의 평면이 표현되도록 관로의 정면에서 바라본 투영도이다.
도 9는 도 8의 K-K선 개략적 단면도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.Figure 1 is a drawing for explaining a wet multi-circuit ultrasonic flow meter.
Figure 2 shows the flow rate distribution of the fluid measured by the ultrasonic flow meter illustrated in Figure 1.
Figures 3 and 4 illustrate irregular velocity distribution patterns.
Figure 5 is a schematic flow diagram of a wet multi-circuit ultrasonic flow meter calibration method according to an example of the present invention.
Figure 6 is a schematic perspective view of a jig used in one example of the present invention.
Figure 7 is an exploded perspective view showing the installation of a dry ultrasonic sensor with the jig installed in a wet multi-circuit ultrasonic flow meter.
Figure 8 is a projection view from the front of the pipe so that a virtual plane through which multiple velocity measurement lines pass in Figure 7 is expressed.
Figure 9 is a schematic cross-sectional view of the KK line of Figure 8.
※ It is stated that the attached drawings are provided as references to help understand the technical concept of the present invention, and the scope of the rights of the present invention is not limited thereby.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, if it is judged that the detailed description of related known functions that are obvious to those skilled in the art and may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 예에 따른 습식 다회선 초음파 유량계 교정방법(이하 '유량계 교정방법'이라 함)에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a wet multi-circuit ultrasonic flow meter calibration method (hereinafter referred to as “flow meter calibration method”) according to an example of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings.
먼저 본 발명에서 검증의 대상이 되는 습식 다회선 초음파 유량계의 구성에 대하여 설명한다. First, the configuration of the wet multi-circuit ultrasonic flow meter that is the subject of verification in the present invention is described.
도 1은 습식 다회선 초음파 유량계를 설명하기 위한 개략적 도면이다. Figure 1 is a schematic diagram illustrating a wet multi-circuit ultrasonic flow meter.
도면을 참고하면, 습식 다회선 초음파 유량계(100)는 측정관(10)과 복수의 유속측정회선을 구비한다. Referring to the drawing, the wet multi-circuit ultrasonic flow meter (100) has a measuring tube (10) and multiple flow rate measuring lines.
측정관(10)의 유체가 흐르는 배관(p)의 중간에 끼워져 설치된다. 측정관(10)은 중공의 형상으로 형성되며, 그 내부로 유체가 흐르는 관로(t)가 형성된다. 본 실시예에서 측정관(10)은 내경이 R인 원통 형상으로 이루어진다.The measuring tube (10) is installed by being inserted in the middle of a pipe (p) through which the fluid flows. The measuring tube (10) is formed in a hollow shape, and a pipe (t) through which the fluid flows is formed inside it. In this embodiment, the measuring tube (10) is formed in a cylindrical shape with an inner diameter of R.
측정관(10)에는 복수의 유속측정회선이 마련되며, 본 예에서는 특히 5개 유속측정회선이 마련된다. 각 유속측정회선은 유체의 흐름방향(a)상 상류측에 배치되는 초음파센서(21A,22A,23A,24A,25A)와 하류측에 배치되는 초음파센서(21B,22B,23B,24B,25B)의 한 쌍으로 이루어진다. 한 쌍의 초음파센서를 상호 마주하게 배치되며, 한 쌍의 초음파센서를 연결하는 가상의 직선, 즉 초음파의 전달되는 라인은 유체의 흐름방향에 대하여 일정 각도로 기울어져 있다. A plurality of velocity measurement lines are provided in the measuring tube (10), and in this example, five velocity measurement lines are provided in particular. Each velocity measurement line is composed of a pair of ultrasonic sensors (21A, 22A, 23A, 24A, 25A) arranged on the upstream side in the flow direction (a) of the fluid and an ultrasonic sensor (21B, 22B, 23B, 24B, 25B) arranged on the downstream side. A pair of ultrasonic sensors is arranged to face each other, and an imaginary straight line connecting a pair of ultrasonic sensors, i.e., a line through which ultrasonic waves are transmitted, is inclined at a certain angle with respect to the flow direction of the fluid.
도면에 도시된 바와 같이, 5개의 초음파 유속측정회선 중 관로(t)의 중앙에 배치된 유속측정회선(23A,23B)을 기준으로 관로(t)의 반경방향을 따라 일정 거리 간격으로 대칭되게 나머지 4개의 유속측정회선이 배치된다. 각 초음파센서는 측정관(10)을 관통하여 설치되어 초음파센서의 발사 및 수신면이 관로와 연통된다. 관로를 흐르는 유체와 직접 접촉되므로 습식 센서라 한다. 그리고 초음파센서는 모두 콘트롤러(미도시)와 전기적으로 연결되어, 콘트롤러의 제어에 의하여 초음파를 발신하며, 초음파가 수신되면 이를 콘트롤러에 전달한다. As shown in the drawing, among the five ultrasonic velocity measurement lines, the remaining four velocity measurement lines are arranged symmetrically at a certain distance along the radial direction of the pipe (t) based on the velocity measurement lines (23A, 23B) arranged at the center of the pipe (t). Each ultrasonic sensor is installed by penetrating the measuring pipe (10) so that the transmitting and receiving surfaces of the ultrasonic sensors are in communication with the pipe. Since they come into direct contact with the fluid flowing in the pipe, they are called wet sensors. In addition, all ultrasonic sensors are electrically connected to a controller (not shown), transmit ultrasonic waves under the control of the controller, and transmit ultrasonic waves to the controller when they are received.
콘트롤러는 초음파의 발신 시점부터 수신 시점까지의 초음파 전달시간을 측정하며, 상류측에서 발신하여 하류측에서 수신한 경우의 초음파의 전달시간과 역방향으로 전파된 초음파의 전달시간 차이를 이용하여 유체의 유속을 산출하며, 이는 공지의 구성이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. The controller measures the ultrasonic transmission time from the time of transmission to the time of reception of the ultrasonic wave, and calculates the flow velocity of the fluid by using the difference between the transmission time of the ultrasonic wave transmitted from the upstream side and received from the downstream side and the transmission time of the ultrasonic wave transmitted in the reverse direction. Since this is a well-known configuration, a detailed description will be omitted.
각 유속측정회선에서 측정된 유속 분포가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에서 X는 측정관의 반경방향 거리를 나타낸 것으로 양측 끝에 배치된 유속측정회선(21A,21B 및 25A,25B)이 배치된 지점을 X1, X5, 중앙에 배치된 지점이 X3, 그리고 나머지 2개의 회선이 X2 및 X4 지점에 배치된다. 이들은 등간격으로 배치된다. 각 유속측정회선에서 측정된 유속 분포를 보면, 관로의 중앙부분의 유속이 가장 크고 양측으로 갈수록 유속이 느려진다. 가장자리로 갈수록 측정관으 내벽과의 마찰에 의한 것이다. 일반적으로 유속 분포는 도 2에 도시된 바와 유사한 형태를 보이지만, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 관로나 유동조건 등에 따라 관로 중앙부에서 유속이 가장 크지 않은 비전형적인 형태를 나타낼 수 있다. The velocity distribution measured in each velocity measurement line is illustrated in Fig. 2. In Fig. 2, X represents the radial distance of the measuring pipe. The velocity measurement lines (21A, 21B and 25A, 25B) arranged at both ends are indicated at X1 and X5 , the point arranged in the center is indicated at X3 , and the remaining two lines are arranged at X2 and X4 . They are arranged at equal intervals. Looking at the velocity distribution measured in each velocity measurement line, the velocity is the largest in the center of the pipe and becomes slower as it goes to both sides. This is due to friction with the inner wall of the measuring pipe as it goes toward the edge. In general, the velocity distribution shows a similar shape as illustrated in Fig. 2, but as illustrated in Figs. 3 and 4, it may show an atypical shape in which the velocity is not the largest in the center of the pipe depending on the pipe or flow conditions.
다회선 초음파 유량계는 관로의 반경방향에 따라 특정(분할)된 영역을 지나는 유체의 유속, 즉 부분유속을 별도로 구할 수 있으므로, 전형적 유속 패턴을 보이는 경우는 물론 비전형적인 패턴을 보이는 경우에도 유속을 정확하게 측정할 수 있다는 이점이 있다.Multi-circuit ultrasonic flowmeters can separately measure the flow rate of a fluid passing through a specific (divided) area along the radial direction of a pipeline, that is, the partial flow rate. Therefore, they have the advantage of being able to accurately measure the flow rate not only when a typical flow rate pattern is shown, but also when an atypical pattern is shown.
종래기술에서도 설명한 바와 같이, 습식 다회선 초음파 유량계에 대해 정기적 또는 비정기적으로 성능을 검증할 필요가 있으며, 본 발명에서는 건식 초음파 유량계 즉 측정관 외벽에 부착하는 방식의 유량계를 이용한 검증방법을 제공한다. As described in the prior art, it is necessary to verify the performance of a wet multi-circuit ultrasonic flow meter on a regular or irregular basis, and the present invention provides a verification method using a dry ultrasonic flow meter, i.e., a flow meter attached to the outer wall of a measuring pipe.
기존에 건식 유량계를 사용하는 경우 주로 배관에 설치하여 사용하는데, 배관의 두께, 재질 등에 대한 기본적 정보가 제공되지 않는 경우가 있을 뿐만 아니라, 장기간 사용으로 인해 배관 내에 스케일이 부착되어 실제 배관 두께에 변형이 발생하여 건식 유량계를 사용한 경우 측정 정확도가 저하될 수 밖에 없다. 도 9에 표시한 것처럼, 건식 유량계에서 초음파는 센서로부터 발사된 후 배관에서 1차적으로 굴절되고 다시 유체로 입사될 때 굴절되며, 배관 내벽에서 반사된 후 다시 2차례의 굴절을 거쳐 초음파센서로 입사된다. 배관의 재질, 두께, 스케일의 두께 등을 알아야 하는데, 기존 배관에서는 이러한 정보를 파악하기 쉽지 않다. 또한 건식 유량계는 도 9와 같이 반사파를 수신하기 때문에 한 쌍의 초음파센서 사이의 이격거리 및 설치방향이 매우 중요한데, 기존의 배관에 정밀하게 설치하는 것에 어려움이 있었다. In the case of using a conventional dry flow meter, it is mainly installed and used in a pipe, but in some cases, basic information on the thickness and material of the pipe is not provided, and due to long-term use, scale is attached to the pipe, causing a deformation in the actual pipe thickness, so the measurement accuracy is bound to deteriorate when a dry flow meter is used. As shown in Fig. 9, in a dry flow meter, ultrasonic waves are first refracted in the pipe after being emitted from the sensor, then refracted again when they are incident on the fluid, and after being reflected from the inner wall of the pipe, they undergo two more refractions before being incident on the ultrasonic sensor. It is necessary to know the material and thickness of the pipe, the thickness of the scale, etc., but it is not easy to obtain such information in conventional pipes. In addition, since a dry flow meter receives a reflected wave as shown in Fig. 9, the distance and installation direction between a pair of ultrasonic sensors are very important, but it was difficult to install it precisely in conventional pipes.
본 발명에서는 습식 다회선 초음파 유량계에 건식 유량계를 장착할 수 있는 지그를 미리 설치해 놓는다. 지그를 이용하여 건식 초음파 유량계를 정밀하게 설치할 수 있다. 또한 습식 다회선 초음파 유량계는 단순한 배관과는 달리 측정관의 두께, 재질 등에 대한 정보를 정확하게 파악할 수 있고, 배관 내면에는 방청 처리를 하거나 라이너를 부착해서 스케일이 부착되는 것을 최소화했다. 따라서 건식 유량계에서 발사된 초음파의 굴절 및 반사와 관련된 요소들을 정확하게 파악할 수 있다. 또한 지그를 이용하여 한 쌍의 초음파센서 사이의 거리를 정확하게 설정할 수 있고, 설치방향도 서로 정확하게 일렬이 되게 할 수 있다. In the present invention, a jig capable of mounting a dry flow meter on a wet multi-circuit ultrasonic flow meter is installed in advance. The dry ultrasonic flow meter can be precisely installed using the jig. In addition, unlike a simple pipe, the wet multi-circuit ultrasonic flow meter can accurately determine information about the thickness and material of the measuring pipe, and the inner surface of the pipe is treated with an anti-rust treatment or a liner is attached to minimize the attachment of scale. Therefore, factors related to the refraction and reflection of ultrasonic waves emitted from the dry flow meter can be accurately determined. In addition, the distance between a pair of ultrasonic sensors can be accurately set using the jig, and the installation direction can be accurately aligned with each other.
지그의 구성에 대하여 도 6 및 도 7을 참고하여 설명한다. The configuration of the jig is explained with reference to Figs. 6 and 7.
도 6은 본 발명의 일 예에서 사용하는 지그의 개략적 사시도이며, 도 7은 지그가 습식 다회선 초음파 유량계에 설치된 상태에서 건식 초음파센서를 설치하는 것을 나타낸 분리사시도이다. FIG. 6 is a schematic perspective view of a jig used in one example of the present invention, and FIG. 7 is an exploded perspective view showing a dry ultrasonic sensor being installed while the jig is installed in a wet multi-circuit ultrasonic flow meter.
도면을 참고하면, 지그(50)는 측정관)(10의 길이방향을 따라 길게 형성되는 한 쌍의 가드프레임(51,52)을 구비한다. 가드프레임(51,52)은 측정관(10)의 반경방향을 따라 상호 이격되어 측정관(10)의 외벽에 고정된다. 가드프레임(51,52) 사이에는 건식 초음파센서(61,62)가 안착되는 수용부(63)가 형성된다. 가드프레임(51,52) 사이의 거리는 건식 초음파센서(61,62)의 폭과 거의 비슷하게 형성되어 건식 초음파센서의 정렬방향이 비틀어지지 않는다. 정확한 정렬방향이란 도 8에 도시된 바와 같이 측정관(10)의 중심선(C)을 포함하는 중심면 상으로 초음파가 조사되도록 건식 초음파센서(61,62)가 배열된다는 것이다. 가드프레임(51,52)의 상면에는 스케일(s)이 표시되어 현장에서 별도의 장비 없이도 한 쌍의 건식 초음파센서(61,62) 사이의 거리를 정확하게 설정할 수 있다. 한 쌍의 가드프레임의 하부에는 받침부(54,55)가 형성된다. Referring to the drawing, the jig (50) is provided with a pair of guard frames (51, 52) formed long along the longitudinal direction of the measuring tube (10). The guard frames (51, 52) are spaced apart from each other along the radial direction of the measuring tube (10) and are fixed to the outer wall of the measuring tube (10). A receiving portion (63) in which a dry ultrasonic sensor (61, 62) is seated is formed between the guard frames (51, 52). The distance between the guard frames (51, 52) is formed to be almost the same as the width of the dry ultrasonic sensors (61, 62), so that the alignment direction of the dry ultrasonic sensors is not distorted. The correct alignment direction means that the dry ultrasonic sensors (61, 62) are arranged so that ultrasonic waves are irradiated onto the central plane including the center line (C) of the measuring tube (10), as shown in FIG. 8. A scale (s) is marked on the upper surface of the guard frames (51, 52), so that a pair of dry ultrasonic sensors can be installed on the site without separate equipment. The distance between ultrasonic sensors (61, 62) can be accurately set. A support part (54, 55) is formed at the bottom of a pair of guard frames.
그리고 가드프레임(51,52) 사이에 안착된 건식 초음파센서(61,62)를 위치고정하기 위한 고정유닛을 구비한다. 본 예에서 고정유닛은 대략 'ㄷ'자형 단면을 가지며 한 쌍의 가드프레임(51,52) 상에서 위치이동 가능하게 설치되는 커버부(56)를 구비하며, 커버부(56)의 중앙에 나사체결되는 가압봉(57)을 구비한다. 가압봉(57)을 일방향으로 회전하면 가압봉이 초음파센서(61,62)를 하방으로 가압하여 초음파센서(61,62)가 측정관(10)에 밀착되도록 한다. And it has a fixing unit for fixing the position of the dry ultrasonic sensor (61, 62) installed between the guard frames (51, 52). In this example, the fixing unit has a cross section that is approximately 'ㄷ' shaped and has a cover part (56) that is installed so as to be positionally movable on a pair of guard frames (51, 52), and has a pressurizing rod (57) that is screw-fastened to the center of the cover part (56). When the pressurizing rod (57) is rotated in one direction, the pressurizing rod presses the ultrasonic sensor (61, 62) downward so that the ultrasonic sensor (61, 62) is in close contact with the measuring tube (10).
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 습식 다회선 초음파 유량계의 측정관(10)에 미리 지그(50)를 설치하여 현장 검증에서 건식 초음파센서(61,62)의 정렬방향이 비틀어지지 않게 설치할 수 있다. 또한 고정유닛을 이용하여 초음파센서(61,62)를 측정관(10)의 외벽에 밀착시킬 수 있는 바, 초음파가 손실없이 유체로 전파될 수 있다. 또한 측정관(10)의 재질, 두께 등에 대한 정보는 정확히 파악되어 있으며, 내벽에 스케일 부착도 없으므로 특정 유체의 온도, 점도 등의 조건에 따라 건식 초음파센서의 굴절 및 반사 경로를 정확하게 예측할 수 있다. 굴절 및 반사경로를 정확하게 파악함에 따라 한 쌍의 초음파센서(61,62) 사이의 최적 이격거리를 산출 수 있다. 또한 지그(50)에 표시된 스케일(s)을 이용하면 산출된 이격거리에 따라 정확하게 설치할 수 있다. As described above, in the present invention, by installing a jig (50) in advance on the measuring tube (10) of the wet multi-circuit ultrasonic flow meter, the dry ultrasonic sensors (61, 62) can be installed without being twisted in the alignment direction during field verification. In addition, the ultrasonic sensors (61, 62) can be attached to the outer wall of the measuring tube (10) using a fixing unit, so that ultrasonic waves can be transmitted into the fluid without loss. In addition, information on the material, thickness, etc. of the measuring tube (10) is accurately identified, and since there is no scale attached to the inner wall, the refraction and reflection paths of the dry ultrasonic sensor can be accurately predicted according to conditions such as temperature and viscosity of a specific fluid. By accurately identifying the refraction and reflection paths, the optimal separation distance between a pair of ultrasonic sensors (61, 62) can be calculated. In addition, by using the scale (s) indicated on the jig (50), the sensors can be installed accurately according to the calculated separation distance.
한편, 기존에 건식 초음파센서를 이용한 현장검증이 어려운 이유는 설치 장소의 제한 때문이다. 건식 초음파센서는 일회선으로만 구성되기 때문에 다회선 유량계처럼 관로를 분할하여 각 영역에 대한 부분유속을 획득할 수가 없다. 즉 다회선 유량계에 비하여 측정 정밀도가 저하된다. 이러한 이유 때문에 관로에 외란 요소가 있는 경우, 외란 요소가 있는 지점으로부터 충분한 거리가 떨어진 지점에서 유체의 흐름이 다시 안정화된 다음에 유속을 측정하도록 한 것이다. 본 발명에서는 이러한 설치 장소의 제한을 극복하고자, 기설치되어 있는 습식 다회선 유량계의 유속 분포 패턴을 건식 초음파센서에 의한 유속 산출에 활용한다는 점에 특징이 있다. 습식 다회선 초음파 유량계의 경우 영역별 부분유속을 독립적으로 산출할 수 있는 바, 관로에 외란 요소가 있는 경우에도 건식 초음파센서에 비하여 설치 장소에 대한 기준이 훨씬 완화되어 있다. On the other hand, the reason why the field verification using the existing dry ultrasonic sensor is difficult is due to the limitation of the installation location. Since the dry ultrasonic sensor is composed of only one line, it is not possible to obtain the partial flow rate for each area by dividing the pipe like a multi-line flow meter. In other words, the measurement precision is lowered compared to a multi-line flow meter. For this reason, when there is a disturbance element in the pipe, the flow rate is measured after the fluid flow is stabilized again at a point sufficiently far away from the point where the disturbance element is present. The present invention is characterized in that it utilizes the flow rate distribution pattern of an existing wet multi-line flow meter to calculate the flow rate by a dry ultrasonic sensor in order to overcome this limitation of the installation location. In the case of a wet multi-line ultrasonic flow meter, the partial flow rate for each area can be calculated independently, so the criteria for the installation location are much more relaxed than for a dry ultrasonic sensor even when there is a disturbance element in the pipe.
건식 초음파센서의 측정값을 이용하되, 습식 다회선 초음파 유량계에서 파악된 관로 내 유속분포를 이용하는 방법을 도 5를 참고하여 설명한다. A method of utilizing the measured values of a dry ultrasonic sensor and the flow velocity distribution in a pipe identified by a wet multi-circuit ultrasonic flow meter is explained with reference to Fig. 5.
먼저 배관에 기설치되어 있는 습식 다회선 유량계(100)에서 측정관의 두께, 재질, 유체의 종류, 온도, 점도, 공기량 등의 요소들을 고려하여 건식 초음파 센서의 최적 이격거리를 산출한다. 그리고 산출된 이격거리에 맞추어 한 쌍의 건식 초음파센서(61,62)를 지그(50)에 장착한다. 건식 초음파센서(61,62)는 습식 다회선 유량계의 측정관(10) 외벽에 밀착된다. First, the optimal separation distance of the dry ultrasonic sensor is calculated by considering factors such as the thickness of the measuring tube, material, type of fluid, temperature, viscosity, and air volume in the wet multi-circuit flow meter (100) installed in the pipe. Then, a pair of dry ultrasonic sensors (61, 62) are mounted on the jig (50) according to the calculated separation distance. The dry ultrasonic sensors (61, 62) are attached to the outer wall of the measuring tube (10) of the wet multi-circuit flow meter.
설치가 끝나면, 건식 초음파센서를 이용하여 측정관(10) 내부 관로를 흐르는 유체의 유속(건식측정유속)을 측정한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 일측의 초음파센서(61)에서 발사된 초음파는 유체로 전달된 후 측정관 내벽에 반사되어 다시 타측의 초음파센서(62)로 입사된다. 방향을 반대로 바꾸어서도 초음파를 발사 및 수신한다. 서로 반대방향으로 발사된 초음파의 전달시간의 차이를 이용하여 유체의 유속을 측정한다. 건식 초음파센서에서 발사된 초음파의 전달경로(w)는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 측정관(10)의 중심점을 포함하는 중심선(또는 중심면, C) 상에 있다. 또한 초음파는 알파벳 'V' 또는 'W'자의 경로를 형성한다. After the installation is complete, the flow rate (dry measurement flow rate) of the fluid flowing through the inner pipe of the measuring tube (10) is measured using a dry ultrasonic sensor. As illustrated in FIG. 9, ultrasonic waves emitted from an ultrasonic sensor (61) on one side are transmitted to the fluid, reflected by the inner wall of the measuring tube, and then incident on the ultrasonic sensor (62) on the other side again. Ultrasonic waves are also transmitted and received in the opposite direction. The flow rate of the fluid is measured using the difference in the transmission time of ultrasonic waves emitted in opposite directions. The transmission path (w) of ultrasonic waves emitted from the dry ultrasonic sensor is on the center line (or center plane, C) including the center point of the measuring tube (10), as illustrated in FIGS. 8 and 9. In addition, ultrasonic waves form a path in the letter 'V' or 'W'.
건식 초음파센서와 별도로 습식 다회선 초음파 유량계에서는 복수의 유속측정회선을 이용하여 관로 내 각 영역의 부분유속을 측정한다. 그리고 부분유속들 중 관로의 중앙부에 배치된 유속측정회선에서 측정된 유속, 즉 중앙부분유속을 파악한다. 일반적인 경우 중앙부분유속이 부분유속들 중에서 가장 큰 값이다. 또한 복수의 부분유속들 중 중앙부분유속이 건식 초음파센서의 초음파 전달경로와 대응되는 영역에서의 유속이다. In addition to dry ultrasonic sensors, wet multi-line ultrasonic flow meters measure partial velocities in each area within a pipe using multiple velocity measurement lines. Then, among the partial velocities, the velocity measured by the velocity measurement line located in the center of the pipe, i.e., the central partial velocities, is identified. In general, the central partial velocities are the largest values among the partial velocities. In addition, among the multiple partial velocities, the central partial velocities are the velocities in the area corresponding to the ultrasonic transmission path of the dry ultrasonic sensor.
부분유속 측정 후, X축은 측정관의 반경방향 거리로, Y축은 유속으로 설정하는 그래프를 그리고, 각 부분유속들 사이 구간들에 대한 유속은 보간법(ex:스프라인 보간)을 이용하여 유속을 추정 도 2와 같이 유속분포를 만들어낸다. 유속분포를 반경방향 거리에 대한 함수로 만들어내면 반경방향의 각 지점에서의 부분유속이 모두 확보된다. After measuring the partial velocity, a graph is drawn in which the X-axis is set to the radial distance of the measuring tube and the Y-axis is set to the velocity, and the velocity for the sections between each partial velocity is estimated using an interpolation method (e.g., spline interpolation) to create a velocity distribution as shown in Figure 2. If the velocity distribution is created as a function of the radial distance, the partial velocity at each point in the radial direction is secured.
이후, 부분유속들을 중앙부분유속에 대한 비율로 환산한 환산부분유속을 산출하고, 복수의 환산부분유속들의 평균값을 구하여 환산보정계수로 설정한다. 평균값은 환산부분유속들에 대한 함수를 반경방향 거리에 대하여 적분한 값을 측정관의 직경(내경)으로 나누면 구할 수 있다. 일반적 유속분포 패턴에서는 중앙부분유속이 가장 크므로 환산부분유속들은 0~1의 범위에 위치하게 되며, 환산부분유속들의 평균값 역시 0~1의 범위에 위치하게 된다. 이렇게 구해진 평균값을 '환산보정계수'라 한다. 여기서 평균값은 다회선 유량계의 각 유속측정회선으로부터 구해진 부분유속들이 모두 반영되었으며, 중앙부분유속에 대한 상대값으로 나타낸 것이다. Thereafter, the converted partial velocities are calculated by converting the partial velocities into a ratio to the central partial velocities, and the average of multiple converted partial velocities is obtained and set as the conversion correction factor. The average can be obtained by dividing the value of the function for the converted partial velocities integrated with respect to the radial distance by the diameter (inner diameter) of the measuring pipe. In a general velocity distribution pattern, the central partial velocities are the largest, so the converted partial velocities are located in the range of 0 to 1, and the average value of the converted partial velocities is also located in the range of 0 to 1. The average value obtained in this way is called the 'conversion correction factor'. Here, the average value reflects all the partial velocities obtained from each velocity measurement line of the multi-circuit flowmeter, and is expressed as a relative value to the central partial velocities.
따라서 앞에서 건식 초음파센서에 의해서 측정된 건식측정유속에 환산보정계수를 곱하면 측정관을 흐르는 유체의 평균유속을 산출할 수 있다. 건식측정유속은 습식유량계에서 중앙부분유속에 해당하는 값이고, 환산보정계수는 중앙부분유속에 대한 비율을 평균한 것이므로, 건식측정유속에 환산보정계수를 곱하면 평균유속을 얻을 수 있다. 최종적으로는 단면적을 곱하여 순간유량을 산출한다. Therefore, if we multiply the dry measurement velocity measured by the dry ultrasonic sensor above by the conversion correction factor, we can calculate the average velocity of the fluid flowing in the measurement pipe. The dry measurement velocity is a value corresponding to the central part velocity in the wet flow meter, and the conversion correction factor is the average of the ratios to the central part velocity, so if we multiply the dry measurement velocity by the conversion correction factor, we can obtain the average velocity. Finally, we calculate the instantaneous flow rate by multiplying the cross-sectional area.
단순히 건식 초음파센서를 이용하여 구한 유체의 유속에 비하여, 위와 같이 습식 다회선 유량계의 부분유속이 반영된 환산보정계수를 이용하여 구해진 유속이 더 정확하다. Compared to the fluid velocity obtained simply using a dry ultrasonic sensor, the velocity obtained using a conversion correction factor that reflects the partial velocity of the wet multi-circuit flow meter as above is more accurate.
이렇게 건식 초음파세서를 이용하여 측정된 유속에 환산보정계수를 곱하여 (건식)평균유속을 산출한 후, 습식 다회선 초음파 유량계에서 산출한 평균유속과 상호 비교함으로써 습식 다회선 유량계의 측정 정확도를 검증할 수 있다. By multiplying the measured flow rate using the dry ultrasonic sensor by the conversion correction factor to calculate the (dry) average flow rate, and then comparing it with the average flow rate calculated by the wet multi-circuit ultrasonic flow meter, the measurement accuracy of the wet multi-circuit flow meter can be verified.
기존에 건식 초음파센서는 관로 내 부분유속을 개별적으로 측정할 수 없기 때문에 유체의 흐름이 층류로 안정화된 이후에 측정하도록 제한이 있었고, 따라서 건식 초음파센서의 설치 위치에 제한이 있었다. 그러나 본 발명에서는 습식 다회선 초음파 유량계에서 획득되는 관로 내 각 영역들에 대한 부분유속을 건식 초음파센서의 유속을 구하는데 반영함으로써 건식 초음파센서의 측정 정확도를 향상시켰고, 설치 장소의 제한도 극복할 수 있다. Since the existing dry ultrasonic sensors cannot individually measure partial flow rates within a pipe, there is a limitation that measurements must be made after the fluid flow has stabilized into laminar flow, and thus there are limitations on the installation location of the dry ultrasonic sensor. However, in the present invention, the partial flow rates for each region within a pipe obtained from a wet multi-circuit ultrasonic flowmeter are reflected in obtaining the flow rate of the dry ultrasonic sensor, thereby improving the measurement accuracy of the dry ultrasonic sensor and overcoming limitations on the installation location.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 건식 초음파센서를 이용하여 습식 다회선 초음파 유량계의 현장검증을 수행할 수 있는 방법을 제공한다. 본 방법은 기계적 구성의 개선 및 유속 산출 프로그램의 개선에 의하여 가능해진다. As described above, the present invention provides a method for performing field verification of a wet multi-circuit ultrasonic flow meter using a dry ultrasonic sensor. This method is made possible by improvements in the mechanical configuration and the flow rate calculation program.
첫 째, 기계적 요소로서 건식 초음파 센서를 배관이 아니라 습식 다회선 초음파 유량계의 측정관에 설치한다는 점이다. 습식 초음파 유량계는 측정관 내벽에 스케일이 부착되지 않고 측정관에 대한 재질, 규격 등의 정보가 정확하게 파악되어 있다. 내벽에 스케일이 많이 부착되고 정보 조차 명확하지 않은 배관에 센서를 설치하는 경우에 비하여, 습식 다회선 초음파 유량계의 측정관에 건식 초음파센서를 설치하면 초음파센서에서 발사된 초음파의 전달경로를 오차없이 계산할 수 있고, 이에 따라 초음파센서 사이의 최적 이격거리를 산출할 수 있다. 특히 측정관에 미리 지그를 설치하여 한 쌍의 건식 초음파센서의 정렬방향이 비틀리지 않게 설치가 가능하며 센서 사이의 최적 이격거리를 정확하게 지킬 수 있다. First, as a mechanical element, the dry ultrasonic sensor is installed in the measurement pipe of the wet multi-circuit ultrasonic flow meter, not in the pipe. In the case of the wet ultrasonic flow meter, the scale is not attached to the inner wall of the measurement pipe, and the material, specification, etc. of the measurement pipe are accurately identified. Compared to the case where the sensor is installed in a pipe with a lot of scale attached to the inner wall and even the information is unclear, if the dry ultrasonic sensor is installed in the measurement pipe of the wet multi-circuit ultrasonic flow meter, the transmission path of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic sensor can be calculated without error, and the optimal separation distance between the ultrasonic sensors can be calculated accordingly. In particular, by installing a jig in advance in the measurement pipe, it is possible to install a pair of dry ultrasonic sensors without twisting the alignment direction, and to accurately maintain the optimal separation distance between the sensors.
둘 째, 습식 다회선 유량계에서 각 유속측정회선들에 의하여 측정된 관로 내 유체의 영역별 부분유속을 건식 초음파센서에 의하여 측정된 유속값에 반영한다는 점이다. 건식 초음파센서는 1회선으로 구성되어 난류나 와류 등 이상 흐름이 발생된 경우 유속 측정의 정확도가 떨어질 수 있는데, 본 발명에서는 습식 다회선 유량계의 부분유속을 반영함으로써 이러한 한계를 극복하였다. Second, the partial velocity of the fluid in the pipe measured by each velocity measuring circuit in the wet multi-circuit flow meter is reflected in the velocity value measured by the dry ultrasonic sensor. The dry ultrasonic sensor is composed of a single circuit, and the accuracy of the velocity measurement may decrease when an abnormal flow such as turbulence or eddy occurs. However, the present invention overcomes this limitation by reflecting the partial velocity of the wet multi-circuit flow meter.
본 발명을 이용하면, 습식 다회선 초음파 유량계가 설치된 지점에 바로 건식 초음파센서를 장착하여 습식 유량계에 대한 검증을 수행할 수 있는 바, 건식 센서의 설치 장소의 제한 문제를 극복할 수 있다. 설치장소 제한을 극복했다는 의미는 결국 건식 초음파센서를 이용하여 관로 내 유체의 유속을 정확하게 측정할 수 있다는 것이며, 현장검증의 신뢰도를 향상시킬 수있다. By using the present invention, a dry ultrasonic sensor can be installed directly at the location where a wet multi-circuit ultrasonic flow meter is installed, thereby enabling verification of the wet flow meter, thereby overcoming the problem of limitations on the installation location of the dry sensor. Overcoming limitations on the installation location ultimately means that the flow rate of a fluid in a pipeline can be accurately measured using a dry ultrasonic sensor, thereby improving the reliability of on-site verification.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.The scope of protection of the present invention is not limited to the description and expression of the embodiments explicitly described above. In addition, it is added once again that the scope of protection of the present invention may not be limited due to obvious changes or substitutions in the technical field to which the present invention belongs.
100 ... 습식 다회선 초음파 유량계
10 ... 측정관, 21A~25A, 21B~25B ... 유속측정회선
50 ... 지그, 61,62 ... 초음파센서 100 ... Wet Multi-Circuit Ultrasonic Flow Meter
10 ... Measuring tube, 21A~25A, 21B~25B ... Velocity measuring line
50 ... Jig, 61,62 ... Ultrasonic sensor
Claims (6)
(a)상호간에 초음파를 수신 및 발신하는 한 쌍의 건식 초음파센서를 유체의 흐름방향을 따라 상호 이격되게 상기 측정관의 외벽에 부착하는 단계;
(b)상기 건식 초음파센서를 이용하여 상기 측정관 내부를 흐르는 유체의 건식측정유속을 측정하는 단계;
(c)상기 습식 다회선 초음파 유량계의 상기 복수의 유속측정회선으로부터 각각 부분유속을 측정하고, 상기 복수의 유속측정회선 중 초음파의 전달경로가 상기 측정관의 중앙을 지나는 중앙측정회선에서 측정된 중앙부분유속을 파악하는 단계;
(d)상기 부분유속들을 상기 중앙부분유속에 대한 비율로 환산한 환산부분유속을 산출하고, 상기 복수의 환산부분유속들의 평균값을 구하여 환산보정계수로 설정하는 단계; 및
(e)상기 건식측정유속에 환산보정계수를 곱하여 건식평균유속을 산출하고, 상기 건식평균유속을 이용하여 상기 습식 다회선 유량계에서 측정된 평균유속과 비교하여 상기 습식 다회선 유량계의 성능을 검증하는 단계;를 구비하며,
상기 한 쌍의 건식 초음파센서에서 발신된 초음파는 상기 측정관의 중심선이 포함된 중심면 상에서 전달되는 것을 특징으로 하는 습식 다회선 초음파 유량계의 교정방법. A method for verifying a wet multi-line ultrasonic flowmeter, comprising: a measuring tube inserted into a pipe through which a fluid flows; and a pair of wet ultrasonic sensors positioned facing each other on the upstream and downstream sides in the direction of the fluid flow and penetrating the measuring tube to transmit and receive ultrasonic waves; wherein a plurality of ultrasonic velocity measurement lines are arranged spaced apart from each other along the radial direction of the measuring tube.
(a) a step of attaching a pair of dry ultrasonic sensors, which receive and transmit ultrasonic waves from each other, to the outer wall of the measuring tube so as to be spaced apart from each other along the direction of fluid flow;
(b) a step of measuring the dry measurement flow rate of the fluid flowing inside the measuring tube using the dry ultrasonic sensor;
(c) a step of measuring partial flow rates from each of the plurality of flow rate measuring lines of the wet multi-circuit ultrasonic flow meter, and determining the central partial flow rate measured from a central measuring line among the plurality of flow rate measuring lines in which the transmission path of the ultrasonic waves passes through the center of the measuring tube;
(d) a step of calculating a converted partial velocity by converting the above partial velocities into a ratio to the above central partial velocity, and calculating an average value of the plurality of converted partial velocities and setting it as a conversion correction coefficient; and
(e) a step of calculating a dry average velocity by multiplying the dry measured velocity by a conversion correction factor, and comparing the dry average velocity with the average velocity measured by the wet multi-circuit flow meter to verify the performance of the wet multi-circuit flow meter;
A calibration method for a wet multi-line ultrasonic flow meter, characterized in that the ultrasonic waves transmitted from the above pair of dry ultrasonic sensors are transmitted on a center plane including the center line of the measuring tube.
상기 한 쌍의 건식 초음파센서는 상기 초음파 유량계에 마련된 지그에 안착되며,
상기 지그는,
상기 측정관의 길이방향을 따라 길게 형성되며, 상기 측정관의 반경방향을 따라 상호 이격되게 상기 측정관의 외벽에 부착되는 한 쌍의 가드프레임과,
상기 가드프레임 사이에 안착된 상기 건식 초음파센서를 위치고정하기 위한 고정유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 습식 다회선 초음파 유량계의 교정방법. In the first paragraph,
The above pair of dry ultrasonic sensors are mounted on a jig provided in the ultrasonic flow meter,
The above jig,
A pair of guard frames formed lengthwise along the longitudinal direction of the measuring tube and attached to the outer wall of the measuring tube so as to be spaced apart from each other along the radial direction of the measuring tube;
A calibration method for a wet multi-circuit ultrasonic flow meter, characterized by having a fixing unit for fixing the position of the dry ultrasonic sensor mounted between the guard frames.
상기 고정유닛은 상기 한 쌍의 가드프레임 상에서 위치이동 가능하게 설치되며 상기 건식 초음파센서를 감싸는 커버부와,
상기 커버부에 나사결합되어 나사체결되는 방향으로 회전시 상기 건식 초음파센서를 상기 측정관 방향으로 가압하는 가압봉을 구비하는 것을 특징으로 하는 습식 다회선 초음파 유량계의 교정방법. In the third paragraph,
The above fixed unit is installed so as to be positionally movable on the above pair of guard frames and has a cover part that surrounds the dry ultrasonic sensor,
A calibration method for a wet multi-circuit ultrasonic flow meter, characterized by having a pressurizing rod that pressurizes the dry ultrasonic sensor toward the measuring tube when it is screw-connected to the cover part and rotates in the direction of screw fastening.
상기 한 쌍의 건식 초음파센서는 상기 지그의 한 쌍의 가드프레임 사이에 안착되어, 일측의 초음파센서로부터 발사된 초음파는 측정관에서 반사되어 'V'자 또는 'W'자 경로를 형성한 후 타측 초음파센서로 수신되는 것을 특징으로 하는 습식 다회선 초음파 유량계의 교정방법. In the third paragraph,
A calibration method for a wet multi-circuit ultrasonic flow meter, characterized in that the above pair of dry ultrasonic sensors are installed between a pair of guard frames of the jig, and ultrasonic waves emitted from one ultrasonic sensor are reflected in a measuring tube to form a 'V' or 'W' shaped path and then received by the other ultrasonic sensor.
상기 복수의 환산부분유속들과, 스플라인 보간법을 이용하여 상기 측정관의 반경방향 거리에 따른 환산부분유속에 대한 함수를 설정하고,
상기 함수를 상기 측정관의 측정관의 반경방향 거리에 대하여 적분한 후,
적분값을 상기 측정관의 직경으로 나누어 환산부분유속의 평균값을 산출하는 것을 특징으로 하는 습식 다회선 초음파 유량계의 교정방법.
In the first paragraph,
Using the above-mentioned plurality of converted partial velocities and the spline interpolation method, a function for the converted partial velocities according to the radial distance of the measuring tube is set,
After integrating the above function with respect to the radial distance of the measuring tube,
A calibration method for a wet multi-circuit ultrasonic flow meter, characterized in that the average value of the converted partial velocity is calculated by dividing the integral value by the diameter of the measuring tube.
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