KR100664366B1 - 도플러식 초음파 유량계, 도플러식 초음파 유량계를 이용한 유량 계측 방법과, 이 도플러식 초음파 유량계에 이용하는 유량 계측 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기억매체 - Google Patents

도플러식 초음파 유량계, 도플러식 초음파 유량계를 이용한 유량 계측 방법과, 이 도플러식 초음파 유량계에 이용하는 유량 계측 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기억매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도플러식 초음파 유량계, 도플러식 초음파 유량계를 이용한 유량 계측 방법과, 이 도플러식 초음파 유량계에 이용하는 유량 계측 프로그램에 관한 것으로서, 도플러식 초음파 유량계(10A)는 피측정 유체(12)에 다수 혼재하는 반사체군(25)의 속도를 산출하는 유속 데이터 취득수단으로서의 Udflow 유닛(13)과, Udflow 유닛(13)으로부터 입력된 반사체군(25)의 속도 데이터를 연산 처리하여 유체 배관(11)의 피측정 유체(12)의 유체 분포를 산출하는 유속 분포 산출부(70), 유체 배관(11)의 중앙 위치를 구하는 중앙 위치 검출부(71)와, 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군(25)을 유체 배관(11) 내의 분할 영역을 분할 영역 단위로 선택하는 영역 선택부(72)를 구비하는 유속 분포 산출 수단(67)과, 피측정 유체(12)의 속도 분포를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 산출 수단(68)을 구비한다. 그리고, 유속 분포 산출수단(67) 및 유량 산출 수단(68)의 적어도 한쪽으로부터 출력된 산출 결과를 계측 결과로서 표시 모니터(39)에 표시하도록 구성되고, 상기 구성에 의하면 유속 분포의 측정값에 편차가 생기는 경우에도 보다 적절한 유속 분포 계측 또는 유량 계측을 실시할 수 있는 도플러식 초음파 유량계, 유량 계측 방법 및 유량 계측 프로그램을 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

도플러식 초음파 유량계, 도플러식 초음파 유량계를 이용한 유량 계측 방법과, 이 도플러식 초음파 유량계에 이용하는 유량 계측 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기억매체{DOPPLER TYPE ULTRASONIC FLOWMETER, FLOW RATE MEASURING METHOD USING DOPPLER TYPE ULTRASONIC FLOWMETER AND COMPUTER READABLE MEDIUM STORING FLOW RATE MEASURING PROGRAM USED IN THIS DOPPLER TYPE ULTRASONIC FLOWMETER}
본 발명은 초음파 펄스를 이용하여 유체의 유속 분포 및 유량을 측정하는 도플러식 초음파 유량계, 도플러식 초음파 유량계에 의한 유량 계측 방법 및 그 유량 계측 프로그램에 관한 것으로서, 특히 여러가지 유체의 유속 분포 및 유량을 비접촉 측정할 수 있는 도플러식 초음파 유량계, 상기 도플러식 초음파 유량계에 의한 유량 계측 방법 및 상기 유량계에 이용하는 유량 계측 프로그램에 관한 것이다.
초음파 펄스의 도플러 효과를 이용한 도플러식 초음파 유량계로서 일본 공개특허공보 2000-97742호 공보에 개시된 기술이 있다.
상기 도플러식 초음파 유량계는 트랜스듀서로부터 초음파 펄스를 유체 배관 내의 측정선을 향해 발사하고, 유체 배관 내를 흐르는 유체 내의 현탁(懸濁) 미립자로부터의 반사파인 초음파 에코 신호를 해석하여 현탁 미립자의 위치와 속도로 측정선을 따르는 유체의 유속 분포 및 유량을 구하는 장치이다. 측정선은 트랜스 듀서로부터 발사되는 초음파 펄스의 빔에 의해 형성된다.
도플러식 초음파 유량계는 불투명 유체·불투명 유체 배관 내에 적응할 수 있고, 유체 배관 내를 흐르는 유체를 비접촉 측정할 수 있고, 측정선을 따르는 선 측정으로 유체 배관 내의 유속 분포나 유량을 측정할 수 있는 한편, 불투명 유체의 유속 분포나 유량 측정에도 적용할 수 있고, 수은·나트륨 등의 액체 금속의 유동 측정에도 이용할 수 있는 이점이 있다.
도플러식 초음파 유량계에서는 트랜스듀서로부터 유체내로 발사되는 초음파 펄스의 측정선 상의 유속 분포의 경시(經時) 변화가 얻어지므로, 유체 배관 내를 흐르는 유체의 과도한 흐름이나 난류의 장(場)에서의 유체의 속도 분포나 유량 계측으로의 응용이 기대되고 있다.
상기 초음파 유속 분포 및 유량계의 일례는 일본 공개특허공보 2000-97742호 공보에 게재되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1]
일본 공개특허공보 2000-97742호 공보
종래의 도플러식 초음파 유량계는 피측정 유체내에 포함되어 있는 기포나 고형물에 반사된 초음파 에코의 존재를 전제로 하고 있다. 따라서, 피측정 유체의 흐름이 매우 불안정한 경우, 기포의 밀도차 등이 원인이 되어 유속 분포의 측정값에 편차가 생기는 경우가 있었다. 또, 유량의 계측에는 유속 분포의 측정값을 사용하므로, 유속 분포에 편차가 생긴 경우에는 유량의 연산에도 영향이 생기고, 유 량의 측정값에도 편차가 생겼다.
또, 종래의 도플러식 초음파 유량계는 단시간에 변화하는 유량을 순식간에 연산하여 계측하는 응답성을 확보하는 하드웨어의 능력과의 관계 때문에 최대 128군데의 초음파 에코를 수신하였지만, 상기 초음파 에코 측정점의 간격(이하, “채널 거리”라고 함)의 최소값은 피측정 유체내에서의 초음파 속도(Cw)를 초음파 펄스의 기본 주파수(f0)의 2 배로 나눈 값이 된다.
따라서, 이 도플러식 초음파 유량계로 계측 가능한 최장거리는 최소 채널 거리에 측정 채널 수를 곱한 값, 여기서는 최소 채널 거리의 128배의 거리가 되고, 유체 배관의 배관 직경이 큰 경우에는 배관 내의 전체 영역의 유속 분포를 얻을 수 없는 경우가 있었다.
또, 피측정 유체내에서의 초음파 속도(Cw), 초음파 펄스의 기본 주파수(f0), 초음파 펄스의 입사 각도(α) 등은 피측정 유체의 종류, 배관의 두께나 재질 등에 의해 최적인 측정을 실시하기 위한 설정값이 다르므로, 이들의 설정값을 측정 대상에 맞춰 최적값을 구하는 예비적인 측정을 필요로 하고, 측정을 실시하는 준비에 힘이 들고, 「유량 보정 계수」가 없어도 오차가 적은 측정을 실시할 수 있는 특성이 충분히 활용되지 못하는 현상이 있었다.
한편, 측정 대상이나 계측 가능한 범위에 맞춘 하드웨어의 종류를 구비한, 예를 들면 관 직경의 대소나 최대 유속의 범위에 따라서 복수 종류의 하드웨어를 구비한 도플러식 초음파 유량계를 설계하는 것도 가능하지만, 설계 및 비용 등의 관점에서 바람직하지 않다.
또, 계측 가능한 거리에 대해서는 계측 가능 부분의 상한을 늘림으로써 넓히는 것이 가능하지만, 단시간에 변화하는 유량을 계측하는 응답성의 견지에서는 하드웨어로의 성능적, 경제적으로 한계가 있다. 만약에 하드웨어에 대한 성능적, 경제적인 한계를 돌파할 수 있다고 해도 현재 계측 가능한 범위에 대해서는 오버스팩이 되어 바람직하지 않다.
한편, 종래의 도플러식 초음파 유량계는 부분적인 역류, 즉 유속이 음의 값이 되는 흐름이 존재해도 계측할 수 있도록 구성되어 있지만, 현실의 계측에 있어서, 속도가 빠른 흐름 중에는 부분적으로라도 역류가 존재할 확률은 매우 낮다. 따라서, 역류가 존재하지 않는 것을 전제로 한 유량계로 하면 측정 가능한 속도의 범위를 확대할 수 있는 가능성은 있지만, 이 경우 역류가 존재하지 않는 것을 확인하는 수단이 존재하지 않는 점에서 문제가 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유속 분포의 측정값에 편차가 생기는 경우에도 보다 적절한 유속 분포 계측 또는 유량 계측을 실시할 수 있는 도플러식 초음파 유량계, 도플러식 초음파 유량계를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량계에 이용하는 유량 계측 프로그램을 제공하는 것이다.
또, 다른 해결하고자 하는 과제로서는 측정 대상을 따르는 변수에 따라서 조정해야 하는 최적값을 자동적으로 산출하여 사용할 수 있는 도플러식 초음파 유량계, 도플러식 초음파 유량계를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량계에 이용하는 유량 계측 프로그램을 제공하는데 있다.
또, 다른 해결하고자 하는 과제로서는 하드웨어의 제한에 관계없이 계측 가능한 범위를 종래 보다도 확대시킬 수 있는 도플러식 초음파 유량계, 도플러식 초음파 유량계를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량계에 이용하는 유량 계측 프로그램을 제공하는데 있다.
또, 다른 해결하고자 하는 과제로서는 유속이 음의 값이 되는 흐름이 존재하는지 여부를 판단할 수 있고, 또 음의 값이 존재하지 않는 경우에 측정 가능한 속도의 범위를 확대할 수 있는 도플러식 초음파 유량계, 도플러식 초음파 유량계를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량계에 이용하는 유량 계측 프로그램을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계는 상기 과제를 해결하기 위해 청구항 1에 기재한 바와 같이 미리 정해진 주파수의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 입사시키는 초음파 송신수단과, 피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 수단과, 상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 계측하는 유량 계측 수단과, 피측정 유체가 흐르는 유체 배관의 관벽에 대해 공명적 투과 현상을 생기게 하는 기본 주파수(f0)인 최적 주파수를 자동적으로 선택하는 주파수 선택 설정 수단을 구비하고, 상기 초음파 송신수단은 상기 주파수 선 택 설정 수단이 선택하는 최적 주파수를 발진하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계는 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 2에 기재한 바와 같이, 미리 정해진 주파수의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 입사시키는 초음파 송신수단과, 피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역으로부터 반사된 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 데이터 계측수단과, 상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 계측하는 유량 계측 수단과, 상기 초음파 트랜스듀서로부터 피측정 유체내로 입사되는 초음파 펄스의 입사 각도를 조정 설정하는 입사각 조정 설정 수단을 구비하며, 상기 입사각 조정 설정 수단은 유체 배관의 관벽에 대해 초음파 펄스가 공명적 투과 현상을 생기게 하는 입사 각도가 되도록 초음파 트랜스듀서를 유체 배관에 대해 조정 설정 가능하게 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 도플러식 초음파 유량계는 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 3에 기재된 바와 같이 미리 정해진 주파수의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 입사시키는 초음파 송신수단과, 피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역으로부터 반사된 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 측정하는 유속 분포 계측 수단과, 상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 계측하는 유량 계측 수단과, 상기 초음파 송신수단의 초음파 트랜스듀서로서 제 1 트랜스듀서와, 상기 제 1 트랜스듀서라는 것은 유체 배관의 축방향으로 이간시켜 설치되는 제 2 트랜스듀서를 구비하고, 상기 제 1 트랜스듀서 및 제 2 트랜스듀서를 상대적으로 이동시키는 트랜스듀서 이동 기구를 구비하고, 상기 트랜스듀서 이동 기구는 제 1 트랜스듀서 및 제 2 트랜스듀서가 발진하는 초음파 펄스가 유체 배관 내의 측정 영역에서 직교하도록 이동 가능하게 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계는 청구항 4에 기재한 바와 같이 상기 제 1 트랜스듀서 및 제 2 트랜스듀서로부터 발진된 초음파 펄스의 유체 배관 내의 측정 영역에서 반사파인 초음파 에코를 각각 수신하는 제 1 반사파 리시버 및 제 2 반사파 리시버와, 제 1 반사파 리시버 및 제 2 반사파 리시버로 수신된 초음파 에코의 강도로 초음파 측정선의 방향의 속도 벡터를 각각 산출하는 속도 벡터 산출 수단과, 상기 속도 벡터 산출수단으로 산출된 각각의 속도 벡터의 벡터합으로 피측정 유체의 유속 벡터를 산출하는 유속 벡터 산출 수단을 구비하며, 유속 분포 계측 수단은 상기 유속 벡터를 이용하여 유속 분포를 측정하고, 유량 계층 수단은 상기 유속 분포를 이용하여 피측정 유체의 유량을 연산하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계는 청구항 5에 기재한 바와 같이 상기 유속 분포 계측 수단은 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 산출하는 유속 분포 산출 수단을 구비하며, 상기 유속 분포 산출 수단은 유체 배관의 피측정 유체의 유속 분포를 산출하는 유속 분포 산출부와, 유체 배관의 중앙 위치를 구하는 중앙 위치 검출부와, 유속 분포를 산출할 때 사용하는 유체 배관 내의 영역을 중앙 위치에서 2 분할한 분할 영역 단위로 선택하는 영 역 선택부를 구비하고, 상기 유속 분포 계측 수단은 상기 영역 선택부가 선택한 한쪽의 분할 영역을 유속 분포를 산출할 때 이용하여 연산하고, 유속 분포가 중앙 위치에 대해 대칭인 것으로 간주하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포의 계측을 실시하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계는 청구항 6에 기재한 바와 같이 상기 유속 분포 계측 수단은 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 산출하는 유속 분포 산출 수단을 구비하고, 상기 유속 분포 산출 수단은 유체 배관의 피측정 유체의 유속 분포를 산출하는 유속 분포 산출부와, 유체 배관의 중앙 위치를 구하는 중앙 위치 검출부와, 유속 분포를 산출할 때 사용하는 유체 배관 내의 영역을 중앙 위치에서 2 분할한 분할 영역 단위로 자동 선택하는 자동 영역 선택부를 구비하고, 상기 유속 분포 계측 수단은 상기 자동 영역 선택부가 선택한 한쪽의 영역을 유속 분포를 산출할 때 이용하여 연산하고, 유속 분포가 중앙 위치에 대해 대칭이라고 하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포의 계측을 실시하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
「자동 영역 선택부」에는 예를 들면 피측정 유체의 측정점의 연속성이 배관 내벽까지 유지되어 있는 영역을 선택하거나 또는 측정점을 스프라인 처리 등의 기술을 이용하여 원활화하여 사행폭이 작은 영역을 선택하는 알고리즘을 포함하는 것으로 한다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계는 청구항 7에 기재한 바와 같이 발진 주파수(f0)의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 각도(α)로 입사시키는 초음파 송신수단과, 피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 반복(pulse repetition) 주파수(fPRF)의 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 측정하는 유속 분포 계측 수단과, 상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 연산하는 유량 계측 수단과, 측정 대상의 특성에 따라 조정해야 하는 최적값을 자동적으로 산출하는 최적값 산출수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계는 청구항 8에 기재된 바와 같이 발진 주파수(f0)의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 각도(α)로 입사시키는 초음파 송신수단과, 피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 반복 주파수(fPRF)의 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 측정하는 유속 분포 계측 수단과, 상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 연산하는 유량 계측 수단과, 측정 대상의 특성에 따라 조정해야 하는 최적값을 자동적으로 산출하는 최적값 산출수단을 구비하며, 상기 최적값 산출 수단은 유체 배관의 관 내부직경(Di), 피측정 유체내에서의 초음파 속도(Cw) 및 초음파 펄스의 입사각(α)을 입력하는 데이터 입력부와, 상기 유속 분포 계측 수단으로부터 최대 유속(V)을 산출하는 최대 유속 산출부와, 산 출한 최대 유속(V)을 피측정 유체내에서의 초음파 속도(Cw)로 나눈 정규화된 속도(normalized speed)(V0)를 산출하는 정규화된 속도 산출부와, 반복 주파수(fPRF)를 발진 주파수(f0)로 나누어 정규화된 주파수(normalized frequency)(F0)를 산출하는 정규화된 주파수 산출부와, 산출된 정규화된 속도(V0)와 정규화된 주파수(F0)가,
F0≥4V0·sinα 및 fPRF≤Cw/2Di
를 만족하도록 발진 주파수(f1)를 재설정하는 주파수 설정부를 구비하고, 상기 유속 분포 계측수단이 재설정된 발진 주파수(f1)에 의한 초음파 에코를 수신하여 유속 분포를 계측하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계는 청구항 9에 기재한 바와 같이, 발진 주파수(f0)의 초음파 펄스를 초음파 펄스 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 각도(α)로 입사시키는 초음파 송신수단과, 피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 반복 주파수(fPRF)의 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역에서의 피측정 유체의 유속 분포를 측정하는 유속 분포 계측 수단과, 상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 연산하는 유량 계측 수단과, 측정 대상의 특성에 따라 조정해야 하는 최적값을 자동적으로 산출하는 최적값 산출수단을 구비하며, 상기 최적값 산출 수단은 유체 배관의 관 내부직경(Di), 피측정 유체내에서의 초음파 속도(Cw) 및 초음파 펄스의 입사각(α)을 입력하는 데이터 입력부 와, 상기 유속 분포 계측 수단으로부터 최대 유속(V)을 산출하는 최대 유속 산출부와, 산출한 최대 유속(V)을 피측정 유체내에서의 초음파 속도(Cw)로 나누어 정규화된 속도(V0)를 산출하는 정규화된 속도 산출부와, 반복 주파수(fPRF)를 발진 주파수(f0)로 나누어 정규화된 주파수(F0)을 산출하는 정규화된 주파수 산출부와, 산출된 정규화된 속도(V0)와 정규화된 주파수(F0)가,
F0≥4V0·sinα 및 fPRF≤Cw/2Di
를 만족하도록 초음파의 입사 각도(α1)를 재설정하는 입사각도 설정부를 구비하고, 상기 유속 분포 계측 수단이 재설정된 입사 각도(α1)로 초음파 펄스에 의한 초음파 에코를 수신하여 유속 분포를 계측하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계는 청구항 10에 기재한 바와 같이, 미리 정해진 주파수의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 입사시키는 초음파 송신수단과, 피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 측정하는 유속 분포 계측 수단과, 상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 연산하는 유량 계측 수단과, 초음파 펄스의 주파수 및 속도로 최소 채널 거리를 연산하는 채널 거리 연산수단과, 연산된 최소 채널 거리로부터 계측 가능 범위를 표시하는 계측 가능 범위 표시수단과, 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정이 입력되면, 입력된 내용에 따른 최소 채널 거리를 정수배할지 여 부의 변경·결정을 실시하는 채널 거리 변경 결정수단을 구비하며, 상기 유속 분포 계측 수단은 결정된 채널 거리를 이용하여 유속 분포를 계측하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계는 청구항 11에 기재한 바와 같이, 미리 정해진 주파수의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 입사시키는 초음파 송신수단과, 피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 측정하는 유속 분포 계측 수단과, 상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 연산하는 유량 계측 수단과, 초음파 펄스의 주파수 및 속도로 최소 채널 거리를 연산하는 채널 거리 연산수단과, 피측정 유체의 유체 배관의 관 내부직경 등의 데이터를 입력하고, 계측 가능 범위와의 관계에 필요한 경우에는 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정을 자동적으로 실시하는 채널 거리 자동 변경 결정수단을 구비하며, 상기 유속 분포 계측 수단은 결정된 채널 거리를 이용하여 유속 분포를 계측하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계는 청구항 12에 기재한 바와 같이, 미리 정해진 주파수의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 입사시키는 초음파 송신수단과, 피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 측정하는 유속 분포 계 측 수단과, 상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 연산하는 유량 계측 수단과, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포와 측정선의 거리 방향과의 관계를 화면에 출력시키는 유속 분포 출력 수단과, 상기 유속 분포 출력수단이 출력한 유속 분포에 대해 유속의 제로점을 연속적으로 표시하는 유속 제로점 표시수단과, 선택에 의해 유속 분포 계측 수단에 대해 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 하는 유속 계측 범위 전환수단을 구비하고, 상기 유속 계측 범위 전환수단에 유속 계측 범위의 전환 요구가 입력된 경우에는 상기 유속 분포 출력 수단은 양의 유속 분포만을 출력하고, 또 상기 유속 분포 계측 수단을 2 배가 된 측정 가능 속도에 기초하여 유속 분포를 측정하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계는 청구항 13에 기재한 바와 같이, 미리 정해진 주파수의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 입사시키는 초음파 송신수단과, 피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 측정하는 유속 분포 계측 수단과, 상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 연산하는 유량 계측 수단과, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포에 음의 값이 존재하는지 여부를 판단하는 양음 판단 수단과, 음의 값이 존재하지 않는다고 판단된 경우에, 상기 유속 분포 계측 수단에 대해 양의 유속의 측정 범위를 2 배로 하는 유속 계측 범위 전환수단을 구비하며, 유속 분포 계측수단은 2 배가 된 측정 가능 속도에 기초하여 유속 분포를 측정하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계를 이용한 유량 계측 방법(유량 계측 방법)은 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 14에 기재한 바와 같이 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 상기 피측정 유체의 온도 분포 데이터를 추가로 연산처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하며, 상기 유속 분포 계측 처리 공정은 상기 반사체의 속도 분포를 연산 처리하여 상기 피측정 유체의 유속 분포 데이터 및 유체 배관의 중앙 위치 데이터를 산출하는 유속 분포 산출 단계와, 상기 유속 분포 산출 단계에서 얻어진 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터를 표시 수단에 표시시키기 위해 출력하는 유속 분포 데이터 출력 단계와, 상기 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군의 선택을 실시하라는 요구가 있는 경우, 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군을 유체 배관의 중앙 위치에서 2 분할되는 분할 영역을 지정하여 선택하는 영역 지정 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 유량 계측 방법은 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 15에 기재한 바와 같이 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 상기 피측정 유체의 온도 분포 데이터를 추가로 연산처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하며, 상기 유속 분포 계측 처리 공정은 상기 반사체의 속도 분포를 연산 처리하여 상기 피측정 유체의 유속 분포 데이터 및 유체 배관의 중앙 위치 데이터를 산출하는 유속 분포 산출 단계와, 반사체군을 사용하여 상기 유속 분포를 산출하는 영역으로서, 유체 배관의 중앙 위치에서 2 분할되는 분할 영역을 자동 선택하는 자동 영역 선택 단계와, 유속 분포 산출 단계 및 자동 영역 선택 단계에서 얻어진 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터를 표시 수단에 표시시키기 위해 출력하는 유속 분포 데이터 출력 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 유량 계측 방법은 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 16에 기재한 바와 같이 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 최적값을 산출하는 최적값 설정 공정과, 상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하고, 상기 반사체군 속도 산출 공정은 측정 개시시의 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 초기값을 인식하는 초기값 인식 단계와, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 단계를 구비하고, 상기 최적값 설정 공정은,
F0≥4V0·sinα
및
fPRF≤Cw/2Di
를 만족하는 발진 주파수(f1)을 재설정하는 발진 주파수 재설정 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 유량 계측 방법은 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 17에 기재한 바와 같이 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 최적값을 산출하는 최적값 설정 공정과, 상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하고, 상기 반사체군 속도 산출 공정은 측정 개시시의 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 초기값을 인식 하는 초기값 인식 단계와, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 단계를 구비하며,
상기 최적값 설정 공정은,
F0≥4V0·sinα
및
fPRF≤Cw/2Di
를 만족하는 입사 각도(α1)를 재설정하는 입사각도 재설정 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 유량 계측 방법은 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 18에 기재된 바와 같이, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 초음파 펄스의 주파수 및 속도로 최소 채널 거리를 연산하는 채널 거리 연산 공정과, 연산된 최소 채널 거리로부터 계측 가능 범위 및 채널 거리를 정수배할지 여부를 표시하는 계측 가능 범위 표시 공정과, 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정이 입력되면, 입력된 내용에 따른 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정을 실시하는 채널 거리 변경 공정과, 상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 유량 계측 방법은 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 19에 기재된 바와 같이, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 초음파 펄스의 주파수 및 속도로 최소 채널 거리를 연산하는 채널 거리 연산 공정과, 연산된 최소 채널 거리로부터 계측 가능 범위를 산출하는 계측 가능 범위 산출 공정과, 상기 계측 가능 범위 산출 공정에서 산출된 계측 가능 범위에서 채널 거리 자동 변경 결정 수단이 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정을 판단하여 자동적으로 채널 거리의 변경을 실시하는 채널 거리 변경 공정과, 상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 유량 계측 방법은 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 20에 기재한 바와 같이 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 피측정 유체의 유속 분포와 측정선(ML)의 거리 방향의 관계를 화면에 출력하 는 유속 분포 출력 공정과, 상기 유속 분포 출력 공정으로 화면에 출력된 유속 분포에 대해 유속 제로라인을 겹쳐 표시하는 유속 제로라인 표시 공정과, 유속 계측 범위의 전환을 실시할지 여부의 확인을 실시하는 유속 계측 범위(range) 전환 확인 공정과, 상기 유속 계측 범위 전환 확인 공정에서 유속 계측 범위의 전환 요구가 있는 경우에 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 하는 유속 계측 범위 전환 공정과, 상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 유량 계측 방법은 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 21에 기재한 바와 같이 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 유속 계측 범위의 전환을 실시할지 여부를 판단하는 유속 범위 전환 공정과, 피측정 유체의 유속 분포와 측정선(ML)의 거리 방향의 관계를 화면에 출력하는 유속 분포 출력 공정과, 상기 유속 분포 출력 공정으로 화면에 출력된 유속 분포에 대해 유속 제로라인을 겹쳐 표시하는 유속 제로라인 표시 공정과, 상기 유속 계측 범위 전환 확인 공정에서 유속 계측 범위의 전환 요구가 있는 경우에 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 하는 유속 계측 범위 전환 공정과, 상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계에 이용하는 프로그램(유량 계측 프로그램)은 상기 과제를 해결하기 위해 청구항 22에 기재된 바와 같이, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하고, 상기 유속 분포 계측 처리 공정은 상기 반사체의 속도 분포를 연산 처리하여 상기 피측정 유체의 유속 분포 데이터 및 유체 배관의 중앙 위치 데이터를 산출하는 유속 분포 산출 단계와, 상기 유속 분포 산출 단계에서 얻어진 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터를 표시 수단에 표시시키기 위해 출력하는 유속 분포 데이터 출력 단계와, 상기 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군의 선택을 실시하라는 요구가 있는 경우, 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군을 유체 배관의 중앙 위치에서 2 분할되는 분할 영역을 지정하여 선택하는 영역 지정 단계를 구비하며, 상기 반사체군 속도 산출 공정과, 유속 분포 계측 처리 공정과, 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이다.
또, 본 발명에 따른 유량 계측 프로그램은 상기 과제를 해결하기 위해 청구항 23에 기재된 바와 같이, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하고, 상기 유속 분포 계측 처리 공정은 상기 반사체의 속도 분포를 연산 처리하여 상기 피측정 유체의 유속 분포 데이터 및 유체 배관의 중앙 위치 데이터를 산출하는 유속 분포 산출 단계와, 반사체군을 사용하여 상기 유속 분포를 산출하는 영역으로서, 유체 배관의 중앙 위치에서 2 분할되는 분할 영역을 자동 선택하는 자동 영역 선택 단계와, 유속 분포 산출 단계 및 자동 영역 선택 단계에서 얻어진 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터를 표시 수단에 표시시키기 위해 출력하는 유속 분포 데이터 출력 단계를 구비하며, 상기 반사체군 속도 산출 공정과, 유속 분포 계측 처리 공정과, 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이다.
또, 본 발명에 따른 유량 계측 프로그램은 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 24에 기재한 바와 같이 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 최적값을 산출하는 최적값 설정 공정과, 상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하고, 상기 반사체군 속도 산출 공 정은 측정 개시 시의 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 초기값을 인식하는 초기값 인식 단계와, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 단계를 구비하며,
상기 최적값 설정 공정은,
F0≥4V0·sinα
및
fPRF≤Cw/2Di
를 만족하는 입사 각도(f1)를 재설정하는 발진 주파수 재설정 단계를 구비하며, 상기 반사체군 속도 산출 공정과, 유속 분포 계측 처리 공정과, 최적값 설정 공정과, 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이다.
또, 본 발명에 따른 유량 계측 프로그램은 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 25에 기재한 바와 같이 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 최적값을 산출하는 최적값 설정 공정과, 상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하 여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하고, 상기 반사체군 속도 산출 공정은 측정 개시 시의 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 초기값을 인식하는 초기값 인식 단계와, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 단계를 구비하며,
상기 최적값 설정 공정은,
F0≥4V0·sinα
및
fPRF≤Cw/2Di
를 만족하는 입사 각도(α1)를 재설정하는 입사 각도 재설정 단계를 구비하며, 상기 반사체군 속도 산출 공정과, 유속 분포 계측 처리 공정과, 최적값 설정 공정과, 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이다.
또, 본 발명에 따른 유량 계측 프로그램은 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 26에 기재한 바와 같이, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 초음파 펄스의 주파수 및 속도로 최소 채널 거리를 연산하는 채널 거리 연산 공정과, 연산된 최소 채널 거리로부터 계측 가능 범위 및 채널 거리를 정수배 할지 여부의 변경·결정이 입력되면 입력된 내용에 따른 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정을 실시하는 채널 거리 변경 공정과, 상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이다.
또, 본 발명에 따른 유량 계측 프로그램은 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 27에 기재한 바와 같이, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 초음파 펄스의 주파수 및 속도로 최소 채널 거리를 연산하는 채널 거리 연산 공정과, 연산된 최소 채널 거리로부터 계측 가능 범위를 산출하는 계측 가능 범위 산출 공정과, 상기 계측 가능 범위 산출 공정에서 산출된 계측 가능 범위에서 채널 거리 자동 변경 결정수단이 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정을 판단하여 자동적으로 채널 거리의 변경을 실시하는 채널 거리 변경 공정과, 상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이다.
또, 본 발명에 따른 유량 계측 프로그램은 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 28에 기재된 바와 같이, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 피측정 유체의 유속 분포와 측정선(ML)의 거리 방향의 관계를 화면에 출력하는 유속 분포 출력 공정과, 상기 유속 분포 출력 공정에서 화면 출력한 유속 분포에 대해 유속 제로라인을 겹쳐 표시하는 유속 제로라인 표시 공정과, 유속 계측 범위의 전환을 실시할지 여부의 확인을 실시하는 유속 계측 범위 전환 확인 공정과, 상기 유속 계측 범위 전환 확인 공정에서 유속 계측 범위의 전환 요구가 있는 경우에 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 하는 유속 계측 범위 전환 공정과, 상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이다.
또, 본 발명에 따른 유량 계측 프로그램은 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 29에 기재된 바와 같이, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정과, 상기 반사체군 속도 산출 공정에서 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정과, 피측정 유체의 유속 분포와 측정선(ML)의 거리 방향의 관계를 화면에 출력하는 유속 분포 출력 공정과, 상기 유속 분포 출력 공정에서 화면에 출력된 유속 분포에 대해 유속 제로라인을 겹쳐 표시하는 유속 제로라인 표시 공정과, 상기 유속 계측 범위 전환 공정에서 유속 계측 범위의 전환 요구가 있는 경우에 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 하는 유속 계측 범위 전환 공정과, 상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계가 구비하는 컴퓨터의 기본적인 개략 구성을 도시한 개략도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계에 있어서, 초음파 입사 각도 방향의 속도 성분을 도플러 주파수에 의해 산출하는 개요를 설명하는 설명도,
도 5는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 측정 원리를 도시한 원리도,
도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 신호 처리 블록도,
도 7은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 기능 블록도,
도 8은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 초음파 유량계측 순서를 처리 순서를 따라서 설명하는 설명도,
도 9는 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군의 분할 영역 지정을 실시 할 때 표시 모니터에 표시되는 유속 분포의 일례를 개략적으로 도시한 개략도,
도 10은 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 기능 블록도,
도 11은 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 초음파 유량 계측 순서를 처리 순서를 따라서 설명하는 설명도,
도 12는 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 기능 블록도,
도 13은 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계에 의한 계측 시에 측정 최적화가 가능한지 여부를 설명하는 것이며, 횡축에 정규화된 속도(V*)를, 종축에 정규화된 주파수(F*)를 설정하고, 측정 최적화가 가능한 영역과 최적화가 불가능한 영역을 도시한 설명도,
도 14는 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계에 의한 계측 시에 측정 최적화가 가능한지 여부를 설명하는 것이며, 횡축에 Cw/Di의 대수(對數)를, 종축에 반복 주파수(fPRF)의 대수를 설정하고, 측정 최적화가 가능한 영역과 최적화가 불가능한 영역을 도시한 설명도,
도 15는 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계에 의한 계측 시에 측정 최적화가 가능한지 여부를 설명하는 것이며, 대표적인 배관의 종류와 상기 영역에 관해 측정 최적화가 가능한 영역과 최적화가 불가능한 영역을 도시한 설명도,
도 16은 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 초음파 유량 계측 순서를 처리 순서를 따라서 설명하는 설명도,
도 17은 본 발명의 제 7 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 기능 블록도,
도 18은 본 발명의 제 7 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 초음파 유량 계측 순서를 처리 순서를 따라서 설명하는 설명도,
도 19는 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 기능 블록도,
도 20은 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 초음파 유량 계측 순서를 처리 순서를 처리 단계를 따라서 설명하는 설명도,
도 21은 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 초음파 유량 계측 순서의 계측 가능 범위 표시 공정에 있어서 표시 모니터에 표시되는 화면의 일례를 개략적으로 도시한 설명도,
도 22는 본 발명의 제 9 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 기능 블록도,
도 23은 본 발명의 제 9 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 초음파 유량 계측 순서를 처리 순서를 따라서 설명하는 설명도,
도 24는 본 발명의 제 10 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 기능 블록도,
도 25의 (A), (B)는 본 발명의 제 10 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량 계의 유속 분포 출력 수단이 유속 분포 산출수단으로부터 출력된 피측정 유체의 유속 분포 데이터를 측정선(ML)의 거리 방향과의 관계로 표시 모니터에 표시한 표시 화면의 일례를 나타내는 도면,
도 26은 본 발명의 제 10 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 초음파 유량 계측 순서를 처리 순서를 따라서 설명하는 설명도,
도 27은 본 발명의 제 11 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 기능 블록도, 및
도 28은 본 발명의 제 11 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 초음파 유량 계측 순서를 처리 순서를 따라서 설명하는 설명도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E : 도플러식 초음파 유량계
11 : 유체 배관 12 : 피측정 유체
13 : 초음파 유속 분포 계측 유닛(Udf1ow 유닛)
14 : 컴퓨터 15 : 신호 전송 케이블
17 : 초음파 송신 수단 18 : 유속 분포 데이터 취득수단
19 : 주파수 선택 설정수단 20 : 초음파 트랜스듀서
21 : 발진용 앰프 23 : 발진기(오실레이터)
24 : 에미터 25 : 초음파 반사체(반사체)
27 : 반사파 리시버 28 : 증폭기
29 : A/D변환기 30 : 속도 분포 데이터 취득수단
31 : 발진 주파수 가변수단 32 : 기본 주파수 영역 설정수단
33 : 반사파 강도 추출수단 35 : 연산처리수단
36 : 메모리 37 : 기록수단
38 : 입력수단 39 : 표시 모니터
40 : I/F수단
41, 41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F, 41G, 41H : 유량 계측 PG
43 : 접촉 매체
50, 50A : 도플러식 초음파 유량계
51 : 입사각 조절 설정수단 52 : 입사각 변환 기구
53 : 입사각 영역 설정수단 54 : 반사파 강도 추출수단
56 : 스태핑 모니터 60 : 도플러식 초음파 유량계
61 : 초음파 트랜스듀서 이동기구 62 : 속도 벡터 산출수단
63 : 유속 벡터 산출수단 67, 67A : 유속 분포 산출수단
68 : 유량 산출 수단 70 : 유속 분포 산출부
71 : 중앙 위치 검출부 72 : 영역 선택부
73 : 중앙 라인 74 : 영역 선택
75 : 자동 영역 선택부 77, 77A : 최적값 산출 수단
78 : 데이터 입력부 79 : 최대 유속 산출부
80 : 유속 무차원수 산출부 81 : 정규화된 주파수 산출부
82 : 주파수 설정부 84 : 입사 각도 설정부
87 : 채널 거리 연산수단 88 : 계측 가능 범위 표시수단
89 : 채널 거리 변경 결정수단 91 : 계측 가능 범위
92 : 유속 분포 표시부
93 : 채널 거리 변경·결정 확인 표시
94 : 채널 거리 변경창 95 : 상하 커서
97 : 채널 거리 자동 변경 결정수단
99 : 유속 분포 출력수단 100 : 유속 제로점 표시수단
101 : 유속 계측 범위 전환수단 103 : 유속 제로라인
104 : 유속 범위 전환 106 : 양음 판단수단
107 : 유속 범위 자동 전환수단
본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계의 실시형태에 대해 첨부도면을 참조하여 설명한다.
[제 1 실시형태]
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 구성예인 도플러식 초음파 유량계(10)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도플러식 초음파 유량계(10)는 유체 배관(11) 내를 흐르는 피측정 유체(12)(액체나 기체)의 유속 분포를 측정하고, 유량을 시간 의존으로 순식간에 측정할 수 있도록 구성된 것이다. 도플러식 초음파 유량계(10)는 유체 배관(11) 내를 흐르는 피측정 유체(12)의 유속을 비접촉으로 측정하는 초음파 유속 분포 계측 유닛(이하, “Udflow 유닛” 이라고 함)(13)과, 상기 Udflow 유닛(13)으로부터 출력되는 전기 신호(데이터)를 연산 처리하여 피측정 유체(12)의 유량을 계측하기 위해 피측정 유체(12)의 유속 분포를 연산 처리하여 시계열적으로 표시 가능한 연산 처리 결과를 표시하는 컴퓨터(14)를 구비하며, Udflow 유닛(13)과 컴퓨터(14)는 신호 전송 케이블(15)에 의해 전기적으로 접속된다.
Udflow 유닛(13)은 피측정 매체(12)에 측정선(ML)을 따라서 미리 정해진 주파수(기본 주파수(f0)의 초음파 펄스를 송신시키는 초음파 송신수단(17)과, 피측정 유체(12)에 입사된 초음파 펄스의 측정 영역에서 반사된 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체(12)의 속도 분포를 속도 분포 데이터로서 얻는 유속 분포 데이터 취득 수단(18)과, 유체 배관(11)내를 흐르는 피측정 유체(12)의 유속 분포 또는 유량을 가장 상태좋게 계측할 수 있는 초음파의 주파수(이하, “최적 주파수”라고 함)를 자동적으로 선정하는 주파수 선택 설정 수단(19)을 구비한다.
초음파 송신수단(17)은 미리 정해진 주파수의 초음파 펄스를 발진시키는 초음파 트랜스듀서(20)와, 상기 초음파 트랜스듀서(20)를 발진시키는 초음파 발진 신호 생성 수단으로서의 발진용 앰프(21)을 구비한다. 발진용 앰프(21)는 미리 정해진 기본 주파수(f0)의 전기 신호를 발생시키는 발진기(오실레이터)(23)와, 상기 발진기(23)로부터 출력되는 전기 신호를 수신하여 소정의 시간 간격(1/Frpf)마다 펄스 형상의 전기 신호(이하, “초음파 발진신호”라고 함)를 출력하는 에미터(24)를 구비한다.
피측정 유체(12)의 유속 분포 또는 유량 계측을 실시할 때는 초음파 발진 신호 생성 수단인 발진용 앰프(21)로부터 미리 정해진 기본 주파수(f0)의 초음파 발진 신호가 초음파 트랜스듀서(20)로 입력된다. 초음파 트랜스 듀서(20)는 펄스 형상의 초음파 발진 신호가 입력되면 기본 주파수(f0)의 초음파 펄스를 발진하고, 발진한 초음파 펄스를 측정선(ML)을 따라서 피측정 유체(12) 방향으로 입사된다. 초음파 펄스는 예를 들면 펄스폭 5mm 정도이고, 넓이를 거의 갖지 않는 직진성 빔이다.
초음파 트랜스듀서(20)는 초음파 송신수단이고, 또 초음파 수신수단도 겸하고 있다. 초음파 트랜스듀서(20)는 입사된 초음파 펄스가 피측정 유체(12) 중에 다수 존재하는 초음파 반사체(이하, 단지 반사체라고 함)(25)에 닿아 반사된 반사파인 초음파 에코를 수신한다. 여기서, 반사체(25)라는 것은 예를 들면 피측정 유체(12) 중에 동일하게 포함되는 기포, 알루미늄 분말 등의 미립자 또는 피측정 유체(12)와 음향 임피던스가 다른 물질, 즉 이물질이다.
초음파 트랜스듀서(20)가 수신한 초음파 에코는 Udflow 유닛(13) 내의 반사파 리시버(27)에 송신되고, 반사파 리시버(27)가 초음파 에코를 전기 신호로 변환한다. 전기 신호로 변환된 초음파 에코(이하, “초음파 에코 신호”라고 함)는 반사파 리시버(27)로부터 증폭기(28)로 입력되고, 증폭기(28)에서 신호 증폭된 후, A/D변환기(29)로 입력된다.
또, A/D 변환기(29)에는 발진용 앰프(21)로부터의 기본 주파수(f0)의 전기 신호(이하, “기본 주파수 신호”라고 함)가 입력되고, 초음파 에코 신호 및 기본 주파수 신호가 A/D변환기(29)에서 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환(이하,“ A/D변환”이라고 함)된다. 그리고, A/D변환기(29)에서 디지털화된 초음파 에코 신호 및 기본 주파수 신호는 속도 분포 데이터 취득장치(30)에 입력된다.
속도 분포 데이터 취득장치(30)는 연산 처리를 실시하는 프로세서를 구비하고, A/D변환기(29)로부터 얻어진 시계열 데이터인 디지털 초음파 에코 신호와 기본 주파수 신호를 이용하여 양 신호의 주파수차가 도플러 시프트에 기초한 위치의 변화를 계측하고, 피측정 유체(12) 중에 혼재하는 다수의 반사체(이하, “반사체군”이라고 함)(25)의 측정선(ML)을 따르는 속도를 산출한다. 그리고, 경사각(α)으로 교정하고, 유체 배관(11)의 횡단면의 반사체(25)가 유속 분포를 계측할 수 있다.
피측정 유체(12) 중에 혼재하는 반사체군(25)의 속도는 피측정 유체(12)의 유속과 동일하다고 간주되므로, 피측정 유체(12) 중의 반사체군(25)의 속도를 구하는 것으로 피측정 유체(12)의 유속을 구할 수 있다. 그리고, 연산 처리하여 얻어진 반사체군(25)의 속도 데이터는 속도 분포 데이터 취득장치(30)로부터 출력되고, 신호 전송 케이블(15)을 통해 유속 분포 산출수단 및 유량 산출 수단으로서의 컴퓨터(14)에 입력된다.
컴퓨터(14)에서는 속도 분포 데이터 취득장치(30)로부터 수신한 반사체군(25)의 속도 데이터를 연산 처리하고, 피측정 유체(12)의 속도 분포를 계측하여 컴퓨터(14)가 구비하는 표시수단에 표시하는 유속 분포 계측 처리 공정을 실시한다. 그리고, 얻어진 피측정 유체(12)의 속도 분포를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하여 표시하는 유량 계측 처리 공정을 실시한다.
주파수 선택 설정수단(19)은 발진용 앰프(21)의 발진 주파수를 제어하는 제어 신호를 발진용 앰프(21)에 입력하는 발진 주파수 가변수단(31)과, 상기 발진 주파수 가변 수단(31)을 미리 지정된 범위 내, 예를 들면 200kHz∼4MHz의 주파수 영역 내에서 동작시키는 기본 주파수 영역 설정 수단(32)과, 유체 배관(11) 내의 반사체(25)로부터의 반사파인 초음파 에코를 수신하고, 초음파 에코 신호로 변환하여 출력하는 반사파 리시버(27)와, 반사파 리시버(27)로부터의 초음파 에코 신호를 수신하여 신호 증폭을 실시하는 증폭기(28)와, 증폭기(28)로부터 출력되는 초음파 에코신호의 강도를 추출하고, 추출한 신호 강도를 기억하는 메모리를 구비한 반사파 강도 추출 수단(33)을 구비한다.
주파수 선택 설정 수단(19)에서는 반사파 강도 추출 수단(33) 및 발진 주파수 가변 수단(31) 등이 협동하여 초음파의 발진 주파수의 추출 선택 동작이 반복 실시되고, 계측에 최적인 초음파의 발진 주파수를 자동적으로 선택 설정하는 제어 신호를 출력한다. 그리고, 주파수 선택 설정수단(19)으로부터 출력된 제어 신호는 발진용 앰프(21)에 피드백되어, 제어 신호를 수신한 발진용 앰프(21)에서는 발진 주파수가 자유롭고, 또 자동적으로 선택 제어된다.
이 때, 주파수 선택 설정수단(19)은, 예를 들면 피측정 유체(12)가 흐르는 액체 배관(11)의 관벽에 대해 공명적 투과 현상을 생기게 하는 기본 주파수(f0)인 최적 주파수를 자동적으로 선택하고, 초음파 트랜스듀서(20)에 최적 주파수를 발진시키도록 구성한다. 최적 주파수는 설정하는 초음파 펄스의 반파장의 정수배와 피 측정 유체(12)가 흐르는 유체 배관(11)의 관 두께가 같아지는 주파수를 최적 주파수로서 자동적으로 선택한다. 이는 유체 배관(11)의 벽 두께가 초음파의 기본 주파수(f0)의 반파장을 정수배했을 때, 초음파의 투과 특성이 비정상적으로 높아지는 것이 관찰된 것에 기초하고 있다.
도 2에 컴퓨터(14)의 기본적인 구성 개략을 나타낸 개략도를 도시한다. 컴퓨터(14)는 연산 처리를 실행하는 CPU, MPU 등의 연산 처리수단(35)과, 전자 데이터의 일시 기억을 실시하는 메모리(36)와, 전자 데이터를 기록하여 보존하는 기록 수단(37)과, 계측자가 지령을 입력하는 입력 수단(38)과, 연산 처리 결과를 표시하는 표시 모니터(39)와, 외부 기기와의 전기적인 접속을 실시하는 인터페이스(이하, “IF”라고 생략)수단(40)을 구비하고, 기록 수단(37)에는 유속 분포 및 유량의 연산 처리 조작(부수적으로 생기는 연산 처리 조작도 포함)을 연산 처리 수단(35)에 실행시키는 유량 계측 프로그램(이하, 프로그램을 “PG”라고 생략)(41)을 저장한다.
도플러식 초음파 유량계(10)는 컴퓨터(14)가 유량 계측 PG(41)을 실행하는 것으로 컴퓨터(14)와 유량 계측 PG(41)가 협동하여 유속 분포 계측 처리 공정 또는 유속 분포 계측 처리 공정 및 유량 계측 처리 공정을 실시하여 피측정 유체(12)의 유속 분포 또는 유량 계측 결과를 컴퓨터(14)의 표시 모니터(39)에 표시한다.
또, 도 1에 있어서, 도면 부호 “43”은 초음파 트랜스듀서(20)로부터 발진되는 초음파를 유체 배관(11) 내에 원활하게 발진시킬 수 있도록 한 접촉 매체이 다. 접촉 매체(43)는 초음파 트랜스듀서(20)로부터 발진시켜 유체 배관(11) 내에 입사되는 음향 임피던스를 작게 하여 음향 스위칭을 양호하게 하기 위해 설치된다.
또, 도플러식 초음파 유량계(10)는 Udflow 유닛(13)과 컴퓨터(14)를 신호 전송 케이블(15)에 의해 전기적으로 접속하고 있다고 했지만, Udflow 유닛(13)과 컴퓨터(14)는 반드시 신호 전송 케이블(15)과 같은 유속 접속하지 않아도 좋고, 무선 접속되어 있어도 좋다.
또, 반사파 리시버(27)는 도 1에 도시한 Udflow 유닛(13)에 있어서, 초음파 트랜스듀서(20)가 구비하는 구성이라도 좋다. 또, 속도 분포 데이터 취득 장치(30)는 Udflow 유닛(13)내에 설치되어 있지만, 반드시 Udflow 유닛(13) 내에 설치되어 있을 필요는 없고, 소프트웨어와 컴퓨터(14)가 협동함으로써 컴퓨터(14)를 속도 분포 데이터 취득 장치(30)로서 기능시키도록 구성해도 좋다.
도 1에 도시한 바와 같이 구성되는 도플러식 초음파 유량계(10)에 의하면 유체 배관(11)의 벽 두께가 초음파 반파장의 정수배가 되면 공명 효과에 의해 유체 배관(11)의 계면의 초음파 투과율이 현저히 증가하고, 초음파 투과율의 증대 결과, 피측정 유체(12)의 반사체로부터의 반사파인 초음파 에코 신호가 증대하므로, 주파수 선택 설정수단(19)에 의해 초음파 트랜스듀서(20)로부터 발진되는 초음파 펄스의 발진 주파수가 유체 배관(11)의 벽 두께에 대해 최적인 기본 주파수(f0)가 선택되면 초음파 경로(측정선(ML) 방향의 주행로) 중에서의 감쇠가 작아지고, 또 유체 배관(11)의 계면에서의 초음파 투과율이 증대하므로, 충분한 반사파 강도를 얻을 수 있다.
[제 2 실시형태]
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 구성예인 도플러식 초음파 유량계(50)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도플러식 초음파 유량계(50)는 유체 배관(11)내에 입사되는 초음파 펄스의 최적 주파수를 선정하는 대신에 반사파의 S/N비를 향상시키도록 구성한 도플러식 초음파 유량계의 구성예이다.
반사파의 S/N비를 향상시키는데는 유체 배관(11)의 벽 두께를 변화시켜 공명적 투과 현상을 생기게 하도록 해도 좋지만, 유체 배관(11)의 두께를 변화시키는 것은 실질적으로는 불가능하다. 따라서, 본 구성예에서는 초음파 트랜스듀서(20)의 장착 각도를 변화시킴으로써 유체 배관(11)의 두께를 변화시키는 것과 등가(等價)인 수단을 갖게 하고 있다.
도플러식 초음파 유량계(50)는 초음파 트랜스듀서(20)로부터 발진되는 초음파 펄스의 입사 각도(α)를 입사각 조절 설정 수단(51)으로 조절 설정하고, 유체 배관(11)의 벽 두께에 적합한 초음파의 입사 각도를 자동적으로 선정한 것이다. 그 외, 제 1 실시형태에 나타내어진 도플러식 초음파 유량계(10)와 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
도 3에 도시된 도플러식 초음파 유량계(50)는 주파수 선정 설정 수단(19)을 대신하여 입사각 조절 설정 수단(51)을 설치한 것이다.
입사각 조절 설정 수단(51)은 유체 배관(11)에 외측에서 장착 각도를 조절 자유롭게 설치된 초음파 트랜스듀서(20)와, 상기 초음파 트랜스듀서(20)로부터 발진되는 초음파 펄스의 입사 각도(α)를 조절 설정 가능한 입사 각도 변환 기구(52)와, 미리 지정된 입사각 영역의 범위 내에, 예를 들면 입사 각도(α)가 5도∼45도의 각도 영역폭의 범위 내에서 변화 가능하게 입사각 변환 기구(52)를 동작시키는 입사각 영역 설정수단(53)과, 상기 유체 배관(11)내의 측정 영역으로부터 반사되는 초음파 에코를 수신하여 초음파 에코의 강도를 추출하고, 기억하는 반사파 강도 추출 수단(54)을 구비하며, 반사파 강도 추출 수단(54)에서 추출되고, 기억된 초음파 에코 강도는 컴퓨터(14)에 입력되고, 표시 모니터(39)에 표시되도록 되어 있다.
상기 입사각 조절 설정 수단(51)은 입사각 변환 기구(52)가 초음파의 입사 각도(α)를 약 5도∼45도의 범위로 변화시키도록 한 기구이며, 상기 입사각 변환 기구(52)로부터 출력되는 출력 신호에 의해 초음파 트랜스 듀서(20)의 장착 각도가 최적값이 되도록 자동적으로 조절 설정된다. 초음파 트랜스듀서(20)의 장착 각도는 입사각 변환 기구(52)로부터 출력되는 출력 신호에 의해 예를 들면 스태핑 모터(56) 등의 장착각 변경 조정 기구를 구동시켜 초음파 트랜스듀서(20)의 장착 각도의 변경을 자유롭게 조절 설정하고 있다.
초음파 트랜스듀서(20)로부터 발진된 초음파의 입사 각도(α)는 유체 배관(11)의 관 표면의 수직선 또는 수직면과의 사이에 형성되는 각도이다. 초음파 트랜스듀서(20)로부터 발진되는 초음파 펄스의 입사각도는 유체 배관(11)의 벽 두께에 대해 공명적 투과 현상을 생기게 하도록 최적인 각도가 입사각 조절 설정수단(51)으로 설정된다.
입사각 조절 설정수단(51)은 초음파 트랜스듀서(20)로부터 발진되는 초음파 펄스의 입사 각도를 입사각 변환 기구(52)로부터의 출력 신호에 의해 약 5도∼45도 정도의 입사각의 각도 범위 내에서 변화시켜 반사파 강도 추출수단(54)에 의해 반사파 강도를 추출하여 기억시킨다. 반사파 강도 추출수단(54)에서 기억된 반사파 강도는 표시 모니터(39)에 의해 표시되는 한편, 초음파 펄스의 입사 각도의 추출 선택 조작이 입사각 조절 설정 수단(51)으로 반복 실시되어 초음파 펄스의 최적인 입사 각도가 자동적으로 선택되어 선정된다.
입사각 조절 설정 수단(51)에 의해 초음파 트랜스듀서(20)로부터 발진되는 초음파 펄스의 입사 각도를 최적 각도로 조절 설정함으로써 유체 배관(11)의 벽 두께를 물리적으로 변화시킨 것과 등가가 되고, 초음파 트랜스듀서(20)로부터 발진되는 초음파 펄스에 의해 유체 배관(11) 내를 흐르는 피측정 유체(12)의 유속 분포 및 유량을 정확히 정밀하게 측정할 수 있다.
초음파 트랜스듀서(20)로부터 발진되는 초음파의 입사각도(진입 각도)를 변화시키면 물질 내의 운반 거리, 즉 유체 배관(11) 내의 초음파 운반 거리가 변화한다. 초음파 운반 거리를 초음파 반파장의 정수배에 맞추는 것에 의해 유체 배관(11)의 벽 두께에 대해 공명적 투과 현상을 생기게 하고, 충분한 반사파 S/N비를 확보할 수 있고, 반사파인 초음파 에코의 강도를 확보할 수 있다. 따라서, 유체 배관(11) 내를 흐르는 피측정 유체의 유속 분포나 유량을 비접촉으로 정밀하게 측정할 수 있다.
또, 도플러식 초음파 유량계(50)에서는 입사각 조절 설정수단(51)을 주파수 선택 설정수단(19) 대신에 설치한 예를 나타냈지만, 1대의 도플러식 초음파 유량계에 주파수 선택 설정수단(19)과 입사각 조절 설정수단(51)을 조합한 구성으로 해도 좋다. 주파수 선택 설정수단(19)과 입사각 조절 설정수단(51)과 조합하여 구비하면, 도플러식 초음파 유량계로 최적 주파수 및 최적 입사 각도를 자동적으로 선택하여 설정하는 것이 용이해진다.
도 1 또는 도 3에 도시된 도플러식 초음파 유량계(10, 50)는 초음파 펄스와 초음파 에코의 도플러 시프트를 이용한 유속 분포의 선 측정법으로 피측정 유체의 유량을 측정하는 것이므로 측정 정밀도를 향상시키기 위해서는 측정선(ML)의 수, 나아가서는 초음파 트랜스듀서(23)의 설치 대수를 늘릴 필요가 있다.
측정 정밀도를 향상시키는 일실시예로서, 예를 들면 N개의 초음파 트랜스듀서(20)를 배관(11)의 둘레 방향으로 미리 정해진 간격을 두고 설치하고, 측정선(ML)은 관벽으로의 수선(垂線)에 대해 각도(α)만큼 경사지게 하여, 모든 측정선(ML)이 배관(11)의 축선을 통과하도록 설정해도 좋다. 이와 같이 구해진 피측정 유체(12)의 유량은 시간 의존으로 순식간에 표시할 수 있고, 표시 모니터(39)에는 피측정 유체(12)의 유체 배관(11) 내의 측정선(ML)을 따르는 유속 분포, 배관 횡단면의 유속 분포 또는 유량 계측 결과를 표시할 수 있다.
[제 3 실시형태]
도 4에서 도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 구성예인 도플러식 초음파 유량계(60)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도플러식 초음파 유량계(60)는 도 4에 도시한 바와 같이 유체 배관(11) 내를 흐르는 피측정 유체(12)의 초음파 입사 각도(진입 각도) 방향의 속도 성분(V2)을 도플러 주파수에 의해 산출하고, 이 산출된 도플러 주파수로 측정선(ML)을 따르는 유속 분포를 선측정법으로 구해 피측정 유체(12)의 유량을 산출하고 있다.
상기 도플러식 초음파 유량계(60)에서는 초음파 경로 방향(측정선(ML))을 따르는 속도 벡터(V2)를 도플러 주파수로 산출하고, 속도 벡터(V2)를 sinα으로 나눔으로써 유체 배관(11)의 축 방향을 따르는 속도 벡터(V1)를 산출하고 있다.
도플러식 초음파 유량계(60)에서는 피측정 유체(12)의 흐름이 유체 배관(11)에 평행하지 않은 경우, 유체 배관(11)내에 선회류나 흐름이 유체 배관(11)내에서 평행하지 않은 흐름이 생기면 바른 유속을 산출할 수 없다. 예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같이 속도 벡터(V3)를 갖는 기포가 존재하는 경우, 이 속도 벡터(V3)는 피측정 유체(12)의 속도 벡터(V1)와 동일한 방향의 속도 벡터(V2)를 공유하므로 외관 상, 피측정 유체(12)의 기포의 속도는 큰 유체 배관(11)의 축방향 속도로 잘못해서 산출된다.
이 외관상의 속도 산출 유량을 해소하기 위해, 도플러식 초음파 유량계(60)는 2개의 초음파 트랜스듀서(20, 20a)를 구비하고, 유체 배관(11)에 장착한다. 한쪽의 초음파 트랜스듀서(20)는 다른쪽 초음파 트랜스듀서(20a)를 직교하도록 설치하고, 양 초음파 트랜스듀서(20, 20a)에서 양쪽의 속도 벡터(V2, V4)를 각각 구하고, 이 속도 벡터(V2, V4)의 벡터 합을 산출함으로써 피측정 유체(12)의 유속이나 기포의 유속을 바르게 구할 수 있도록 한 것이다.
상기 도플러식 초음파 유량계(60)는 피측정 유체(12)의 유속을 바르게 측정하기 위해, 한쪽의 초음파 트랜스듀서(20)에 대해 다른쪽 초음파 트랜스듀서(20a)를 유체 배관(11)상에서 가동할 수 있는 구조로 한다. 이 때문에 도플러식 초음파 유량계(60)는 다른쪽 트랜스듀서(20a)를 한쪽의 초음파 트랜스듀서(20)에 대해 상대적으로 진퇴시키는 초음파 트랜스듀서 이동기구(61)를 구비하고, 도 6에 도시한 신호 처리 블록도와 같이 구성된다.
도 6에 도시된 도플러식 초음파 유량계(60)에서는 양 초음파 트랜스듀서(20, 20a)로부터 발진되는 초음파 펄스의 입사 방향이 유체 배관(11)내에서 서로 직교하도록 배치된다. 즉, 도플러식 초음파 유량계(60)은 양 초음파 트랜스듀서(20, 20a)로부터 발진되는 초음파 펄스가 유체 배관(11) 내의 측정 영역에서 직교하도록 설치된다.
상기 도플러식 초음파 유량계(60)는 양 초음파 트랜스듀서(20, 20a)로부터 발진된 초음파 펄스의 유체 배관(11)내의 측정 영역에서 반사파인 초음파 에코를 각각 수신하는 반사파 리시버(27, 27a)와, 각 반사파 리시버(27, 27a)에서 수신된 초음파 에코 강도로 초음파 측정선 방향의 속도 벡터를 각각 산출하는 속도 벡터 산출 수단(62, 62a)과, 각 속도 벡터 산출수단(62, 62a)으로 산출된 속도 벡터의 벡터합으로 피측정 유체의 유속 벡터를 산출하는 유속 벡터 산출 수단(63)을 구비하며, 유속 벡터 산출 수단(63)으로 산출되는 유체 배관(11) 내의 측정선 방향(ML)의 유속 분포로 피측정 유체(12)의 유량을 산출하도록 한 것이다.
그리고, 양 초음파 트랜스듀서(20, 20a)로부터 발진된 초음파 펄스의 유체 배관(11) 내의 측정 영역으로부터 반사되는 반사파의 초음파 에코는 각 반사파 리시버(27, 27a)로 각각 수신된다. 각 반사파 리시버(27, 27a)에서 수신되는 초음파 에코의 강도 신호는 속도 벡터 산출 수단(62, 62a)에 의해 측정선(ML) 방향(경로 방향)의 속도 벡터로 변환된다. 얻어진 경로 방향의 속도 벡터의 벡터 합을 유속 벡터 산출 수단(63)에 의해 산출하고, 피측정 유체(12) 유속의 바른 속도 벡터를 산출한다.
상기 속도 벡터 산출수단(62, 62a) 및 유속 벡터 산출수단(63)에 의해 유속 분포 데이터 취득 장치(30A)를 구성하고, 유체 배관(11) 내를 흐르는 피측정 유체(12)의 유속 분포가 경로 방향(측정선)(ML)을 따라서 측정되고, 상기 유속 분포를 초음파의 경로 방향으로 적분하는 연산을 함으로써 피측정 유체(12)의 유량을 구할 수 있다.
유속 분포 데이터 취득 장치(30A)의 유속 벡터 산출수단(63)인 위치의 유속을 산출 후, 초음파 트랜스듀서(20 또는 20a)를 초음파 트랜스듀서 이동 기구(61)로 유체 배관(11) 상을 이동시킴으로써 다음 위치의 데이터를 채취한다. 초음파 트랜스듀서 이동 기구(61)로 초음파 트랜스듀서(20, 20A)를 계속해서 이동 조작시킴으로써 초음파 펄스의 경로 방향으로 전체에 걸쳐 피측정 유체(12)의 유속 분포를 구하고, 그 유량을 연산에 의해 정확히 구할 수 있다.
[제 4 실시형태]
이하의 실시형태에 대해서는 도 1에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에서 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41)를 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41)과 협동하여 도플러식 초음파 유량계로서 기능하도록 구성되는 것이며, 실시형태의 상위점은 유량 계측 PG(41)의 내용이 다른 것에 의해 실행되는 처리 순서 또는 실현되는 기능이 다르다.
따라서, 제 4 실시형태 이후는 기능 블록도만을 나타내고, 도플러식 초음파 유량계의 기능에 대해서는 간략히 설명한다. 또, 도 2에 도시한 유량 계측 PG(41)는 각 실시형태마다 유량 계측 PG(41A) 등의 각 실시형태를 실현하는 프로그램을 대신하는 것이지만, 도 2에서는 유량 계측 PG(41)가 각 실시형태를 실현하는 유량 계측 PG(41A) 등을 나타내는 것으로 한다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 일실시형태인 도플러식 초음파 유량계(10A)의 기능 블록도이다.
도 7에 도시된 도플러식 초음파 유량계(10A)는 도 1에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에서 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량계측 PG(41A)를 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41A)가 협동하여 도플러식 초음파 유량계로서 기능하도록 구성된다.
도 7에 의하면 도플러식 초음파 유량계(10A)는 반사체군 속도 산출 공정으로서 피측정 유체(12)에 다수 혼재하는 반사체군(25)의 속도를 산출하는 유속 데이터 취득 수단으로서의 Udflow 유닛(13)과, 유속 분포 계측 처리 공정으로서 Udflow 유 닛(13)으로부터 입력된 반사체군(25)의 속도 데이터를 연산 처리하여 피측정 유체(12)의 속도 분포를 계측하는 유속 분포 산출 수단(67)과, 유량 계측 처리 공정으로서 피측정 유체(12)의 속도 분포를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 산출 수단(68)을 구비한다.
도플러식 초음파 유량계(10A)는 유속 데이터 취득 수단으로서의 Udflow 유닛(13)과 유속 분포 산출 수단(67)이 유속 분포 계측 수단을 구성한다. 그리고, 유속 분포 계측 수단으로 얻어지는 유속 분포 계측 결과에 기초하여 유량 산출 수단(68)이 유량의 계측을 실시한다. 즉, Udflow 유닛(13), 유속 분포 산출 수단(67) 및 유량 산출 수단(68)이 유량 계측 수단을 구성한다. 그리고, 유속 분포 산출 수단(67) 및 유량 산출 수단(68)의 적어도 한쪽으로부터 출력되는 계측 결과는, 예를 들면 컴퓨터(14)의 표시 모니터(39)와 같은 계측 결과를 표시할 수 있는 표시 수단에 표시된다.
도플러식 초음파 유량계(10A)의 유속 분포 산출 수단(67)은 입력된 반사체군(25)의 속도 데이터를 연산 처리하여 유체 배관(11)의 피측정 유체(12)의 유속 분포를 산출하는 유속 분포 산출부(70)와, 유체 배관(11)의 반경 방향의 중심, 즉 유체 배관(11)의 중아 위치를 구하는 중앙 위치 검출부(71)와, 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군(25)을 유체 배관(11) 내의 영역을 중앙 위치에서 2 분할한 영역(이하, “분할 영역”이라고 함) 단위로 선택하는 영역 선택부(72)를 구비한다.
또, 유량 산출 수단(68)은 입력된 유속 분포를 연산 처리하여 피측정 유체 (12)의 유량을 계측한다. 피측정 유체(12)의 유량은 입력된 유속 분포를 유체 배관(11)의 반경 방향(r방향)으로 적분하는 것으로 구할 수 있다. 산출된 유량값은 유량 산출수단(68)으로부터 출력되고, 예를 들면 컴퓨터(14)의 표시 모니터(39) 등의 연산 결과를 표시 가능한 표시 수단에 표시된다.
여기서, 도플러식 초음파 유량계(10A)가 피측정 유체(12)의 유량 계측으로서 실시하는 초음파 유량 계측 순서에 대해 이 처리 공정을 따라서 설명한다.
도 8은 도플러식 초음파 유량계(10A)의 초음파 유량 계측 방법으로서의 초음파 유량 계측 순서(도 8에 있어서, “제 1 초음파 유량 계측 순서”라고 함)를 처리순서를 따라서 설명하는 설명도이다.
도 8에 의하면 초음파 유량 계측 순서는 피측정 유체(12)에 다수 혼재하는 반사체군(25)의 속도를 산출하고, 산출된 반사체(25)의 속도 분포를 속도 분포 데이터로서 Udflow 유닛(13)으로부터 출력하는 반사체군 속도 산출 공정(단계(S1))과, 입력된 반사체(25)의 속도 분포 데이터를 연산 처리하여 피측정 유체(12)의 속도 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S2)∼단계(S5))과, 피측정 유체(12)의 속도 분포를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정(단계(6)∼단계(S7))을 구비한다.
초음파 유량 계측 순서에서는 최초로 단계(S1)의 반사체군 속도 산출 공정에서 Udflow 유닛(13)이 피측정 유체(12)에 초음파 펄스를 입사시키고, 피측정 유체(12)로부터의 초음파 에코를 수신하고, 피측정 유체(12)에 혼재하는 반사체(25)의 속도 분포를 산출하여 반사체(25)의 속도 분포 데이터를 출력한다. 그리고, 출력 된 반사체(25)의 속도 분포 데이터를 유속 분포 산출 수단(67)이 수신하면 계속해서 유속 분포 산출수단(67)이 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S2)∼단계(S5))을 실시한다.
유속 분포 계측 처리 공정(단계(S2)∼단계(S5))은 반사체(25)의 속도 분포 데이터를 연산 처리하여 피측정 유체(12)의 유속 분포 데이터 및 유체 배관(11)의 중앙 위치 데이터를 산출하는 유속 분포 산출 단계(단계(S2))와, 유속 분포 산출 단계에서 얻어진 유속 분포 및 중앙 위치를, 예를 들면 표시 모니터(39) 등의 표시 수단에 표시시키기 위해 산출한 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터를 출력하는 유속 분포 데이터 출력 단계(단계(S3))와, 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군(25)의 선택을 실시하라는 요구가 있는 경우(단계(S4)에서 “예”인 경우), 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군(25)을 유체 배관(11)의 중앙 위치에서 2 분할되는 분할 영역을 지정하여 선택하는 영역 지정 단계(단계(S5))를 구비한다.
유속 분포 계측 처리 공정에서는 우선 단계(S2)의 유속 분포 산출 단계에서 유속 분포 및 유체 배관(11)의 중앙 위치가 산출된다. 유속 분포의 산출은 도 7에 도시한 유속 분포 산출 수단(67)의 유속 분포 산출부(70)가 실시하고, 중앙 위치의 산출은 중앙 위치 검출부(71)가 실시한다.
유속 분포 산출부(70)는 각각의 반사체(25)의 위치 및 속도로 피측정 유체(12) 중의 반사체(25)가 존재하는 위치의 반사체(25)의 속도를 유속으로서 산출해간다. 그리고, 입력된 유속 분포 데이터로 모든 반사체(25)의 속도를 유속으로서 산출한다. 또, 중앙 위치 검출부(71)는 유체 배관(11)의 벽면에서 초음파 에코가 다중 반사되는 것을 고려하여 초음파 에코 신호로부터 초음파 에코의 다중 반사가 발생하는 위치를 검출하고, 검출한 위치의 중점을 유체 배관(11)의 중앙 위치로서 산출한다. 유속 분포 산출부(70) 및 중앙 위치 검출부(71)가 유속 분포 및 유체 배관(11)의 중앙 위치를 산출하면 단계(S2)의 유속 분포 산출 단계는 완료된다.
단계(S2)의 유속 분포 산출 단계가 완료되면 계속해서 단계(S3)에서 유속 분포 데이터 출력 단계가 이루어지고, 유속 분포 산출부(70) 및 중앙 위치 검출부(71)로부터 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터가 출력된다. 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터가 출력되면 단계(S3)의 유속 분포 데이터 출력 단계는 완료된다. 이 때, 출력된 양 데이터의 내용, 즉 유속 분포 및 중앙 위치는 컴퓨터(14)의 연산 처리를 실시하여 표시 모니터(39)에 표시된다.
단계(S3)의 유속 분포 데이터 출력 단계가 완료되면 도플러식 초음파 유량계(10A)를 이용하여 유량의 계측을 실시하고 있는 계측자는 표시 모니터(39)를 보는 것으로 피측정 유체(12)의 유속 분포를 확인할 수 있다. 계측자는 피측정 유체(12)의 유속 분포를 확인하고, 측정 부분의 결락 등의 문제가 없다고 판단할 수 있는 경우(단계(S4)에서 “아니오”인 경우)에는 유속 분포 계측 처리 공정을 완료한다.
한편, 중앙 위치에서 분할된 2개의 분할 영역 사이에서 유속이 계측되지 않은 부분에 차가 생기는 등의 문제가 있다고 판단된 경우에는 컴퓨터(14)의 입력 수단(38)을 통해 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군(25)을 영역 지정하는 것으로 선택할 수 있다.
유속의 계측을 실시하는 영역의 분할은 중앙 위치를 기준으로 하여 초음파 트랜스듀서(20)측의 분할 영역(이하, “바로 앞 영역”이라고 함)과, 초음파 트랜스 듀서(20)로부터 먼 측, 즉 내측의 분할 영역(이하, “내측 영역”이라고 함)으로 분할된다. 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군(25)의 분할 영역 지정은 바로 앞 영역, 내측 영역 및 전체 영역(바로 앞측 영역과 내측 영역)의 3가지를 선택하는 것으로 실시한다.
도 9는 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군(25)의 분할 영역 지정을 실시할 때 표시 모니터(39)에 표시되는 유속 분포의 일례를 나타내는 개략도이다.
유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군(25)의 분할 영역 지정은 도 9에 도시한 바와 같이, 예를 들면 그래픽 사용자 인터페이스(GUI:Graphic User Interface)에 의해 부여된 선택기의 하나를 선택하는 것으로 실시한다. 도 9에 도시된 예에서는 중앙 위치를 나타내는 중앙 라인(73)에 대해 좌측 영역이 바로 앞측 영역이, 우측의 영역이 내측 영역이 된다.
반사체군(25)의 분할 영역 지정은 표시 모니터(39)에 표시되는 영역 선택(74)의 바로 앞측 영역에 대응하는 「바로 앞 측」, 내측 영역에 대응하는 「내측」및 전체 영역에 대응하는 「전체」중 어느 하나를 선택하는 것으로 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군(25)의 분할 영역이 선택된다. 따라서, 도 9에 도시되는 예에서는 전체 영역이 선택되어 있게 된다.
계측자가 영역 지정의 요구를 컴퓨터(14)의 입력 수단(38)을 통해 실시하면(단계(S4)에서 “예”인 경우), 단계(S5)로 진행하고, 단계(S5)의 영역 지정 단계 에서 지정 요구에 따라서 영역 선택부(72)가 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군(25)의 분할 영역을 선택한다. 그리고, 영역 지정 단계를 완료하면 단계(S2)로 진행하여, 단계(S2) 이후의 처리 단계를 반복한다.
또, 영역의 지정 요구가 있는 경우의 유속 분포의 산출은 단계(S2)의 유속 분포 산출 단계에서 바로 앞측 영역 또는 내측 영역 중 어느 하나이든 선택된 영역의 유속 분포가 계산된다. 유속 분포의 산출은 유체 배관(11) 내의 유속 분포는 개략적으로 보면 중앙 위치(배관축)에서 대칭인 분포라는 생각 때문에 중앙 위치(배관축)에서 대칭인 분포라고 간주하여 산출된다. 그리고, 유속 분포가 산출되면 단계(S3)의 유속 분포 데이터 출력 단계가 이루어져, 산출된 유속 분포는 표시 모니터(39)에 표시된다.
유속 분포 계측 처리 공정(단계(S2)∼단계(S5))이 완료되면, 계속해서 단계(S6)로 진행하여, 유량 산출 수단(68)이 유량 계측 처리 공정(단계(S6)∼단계(S7))을 실시한다. 유량 계측 처리 공정은 유량 산출 단계(S6)와, 유량 데이터 출력 단계(단계(S7))를 구비한다.
유량 계측 처리 공정에서는 우선 단계(S6)에서 유량 산출 단계가 이루어진다. 유량 산출 단계에서는 유속 분포 계측 처리 공정으로 산출된 유속 분포 데이터를 유량 산출 수단(68)이 수신하여 유량 산출 수단(68)이, 입력된 유속 분포를 유체 배관(11)의 반경 방향(r방향)으로 적분하는 것으로 피측정 유체(12)의 유량을 산출한다. 그리고, 피측정 유체(12)의 유량을 산출하면 단계(S6)를 완료하고, 계속해서 단계(S7)에서 유량 데이터 출력 단계가 이루어진다.
유량 데이터 출력 단계에서는 유량 산출 단계에서 산출된 유량 산출 데이터가 유량 계측 결과로서 출력된다. 유량 산출 데이터가 유량 산출 수단(68)으로부터 출력되는 단계(S7)는 완료되고, 유량 계측 처리 공정은 완료된다. 또, 단계(S7)에서 출력된 유량 계측 결과는 컴퓨터(14)의 연산 처리 수단(35)이 연산 처리하여, 예를 들면 도 9에 도시한 바와 같이 하여 표시 모니터(39)에 표시된다.
이상, 본 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계(10A), 도플러식 초음파 유량계(10A)를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량계(10A)에 이용하는 유량 계측 프로그램에 의하면 계측된 유속 분포에 편차를 생기게 하는 경우라도 계측이 적절히 실시된 영역의 선택을 접수하고, 선택된 영역의 유속 분포에 기초한 연산을 실시하는 것으로, 보다 적절한 유속 분포를 계측할 수 있다. 또, 유량 계측에서도 적절한 유속 분포에 기초하여 연산할 수 있으므로 보다 적절한 유량을 계측할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 도 1에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에서 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41A)을 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41A)가 협동하여 도플러식 초음파 유량계(10A)로서 기능하도록 구성하고 있지만, 도플러식 초음파 유량계(10) 대신에 도플러식 초음파 유량계(50) 또는 도플러식 초음파 유량계(60)에 적용해도 좋다.
또, 유량의 계측 결과의 표시는 반드시 도 9에 도시한 예와 같이 유속 분포와 함께 표시될 필요는 없고, 유량만을 별도로 표시하도록 도플러식 초음파 유량계 (10A)를 구성해도 좋다.
[제 5 실시형태]
도 10에 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 일실시형태인 도플러식 초음파 유량계(10B)의 기능 블록도를 나타낸다.
도 10에 도시되는 도플러식 초음파 유량계(10B)는 도 1에서 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에 있어서 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41B)를 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41B)이 협동하여 도플러식 초음파 유량계로서 기능하도록 구성된다.
도 10에 의하면 도플러식 초음파 유량계(10B)는 도플러식 초음파 유량계(10A)에 대해 유속 분포 산출 수단(67) 대신에 유속 분포 산출 수단(67A)을 구비하는 점에서 다르지만, 그외의 부분은 다르지 않으므로 다르지 않은 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 또, 유속 데이터 취득 수단으로서의 Udflow 유닛(13)과 유속 분포 산출수단(67A)이 유속 분포 계측 수단을 구성하고, Udflow 유닛(13), 유속 분포 산출 수단(67A) 및 유량 산출 수단(68)이 유량 계측 수단을 구성하는 점은 본 실시형태에서도 동일하다.
유속 분포 산출 수단(67A)은 유속 분포 산출부(70)와, 중앙 위치 검출부(71)를 구비하고, 영역 선택부(72) 대신에 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군(25)의 분할 영역을 자동 선택하는 자동 영역 선택부(75)를 더 구비한다.
도 11은 도플러식 초음파 유량계(10B)의 초음파 유량 계측 방법으로서의 초 음파 유량 계측 순서(도 11에서, “제 2 초음파 유량 계측 순서”라고 함)를 처리 순서를 따라서 설명하는 설명도를 나타낸다.
도 11에 의하면 도플러식 초음파 유량계(10B)의 초음파 유량 계측 순서는 도 8에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10A)의 초음파 유량 계측 순서의 유속 분포 계측 처리 공정이 다소 다르며, 유속 분포 계측 처리 공정의 유속 분포 산출 단계(단계(S2))와 유속 분포 데이터 출력 단계(단계(S3))와의 사이에 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군(25)의 분할 영역을 자동 선택하는 자동 영역 선택 단계가 이루어지는 점에서 다르다.
도 11에 의하면 도플러식 초음파 유량계(10B)의 초음파 유량 계측 순서는 반사체군 속도 산출 공정(단계(S11))과, 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S12)∼단계(S14))과, 유량 계측 처리 공정(단계(S15))을 구비하며, 우선 반사체군 속도 산출 공정(단계(S11))이 이루어지고, 계속해서 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S12)∼(단계(S14)), 계속해서 유량 계측 처리 공정(단계(S15))이 이루어진다.
도플러식 초음파 유량계(10B)의 초음파 유량 계측 순서에서는 우선 도 8에 도시한 반사체군 속도 산출 공정(단계(S1))과 동일한 반사체군 속도 산출 공정(단계(S11))가 이루어지고, 계속해서 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S12) ∼(단계(S14))이 이루어진다.
유속 분포 계측 처리 공정(단계(S12)∼단계(S14))에서는 도 8에 도시한 유속 분포 산출 단계(단계(S2))와 동일한 유속 분포 산출 단계(단계(S12))가 이루어지고, 계속해서 단계(S13)의 자동 영역 선택 단계에서 유속 분포 산출 수단(67A)이 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군(25)의 분할 영역을 자동 선택한다.
단계(S13)의 자동 영역 선택 단계에서 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군(25)의 분할 영역이 자동 선택되면, 계속해서 단계(S14)에서 유속 분포 데이터 출력 단계(단계(S14))가 이루어지고, 예를 들면 표시 모니터(39) 등의 표시 수단에 표시시키기 위해 단계(S12) 및 단계(S13)에서 산출한 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터가 출력되고, 단계(S14)의 유속 분포 데이터 출력 단계는 완료된다.
단계(S14)의 유속 분포 데이터 출력 단계가 완료되면 유속 분포 계측 처리 공정은 완료되고, 계속해서 유량 산출 수단(68)이 유량 계측 처리 공정(단계(S15))을 실시한다. 도 11에 도시한 유량 계측 처리 공정(단계(S15))은 도 8에 도시한 유량 계측 처리 공정(단계(S6)∼단계(S7))과 동일한 처리 단계이므로 간략히 도시하고 있다.
이상, 본 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계(10B), 도플러식 초음파 유량계(10B)를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량계(10B)에 이용하는 유량 계측 프로그램에 의하면 계측된 유속 분포에 편차를 생기게 하는 경우라도 계측이 적절히 실시된 영역을 자동적으로 선택하고, 선택된 영역의 유속 분포에 기초한 연산을 실시하는 것으로 보다 적절한 유속 분포를 계측할 수 있다. 또, 유량 계측에서도 적절한 유속 분포에 기초하여 연산할 수 있으므로, 보다 적절한 유량을 계측할 수 있다.
또, 도플러식 초음파 유량계(10B)는 유속 분포 산출 수단(67A)에 영역 선택부(72) 대신에 자동 영역 선택부(75)를 구비하고 있지만, 영역 선택부(72) 및 자동 영역 선택부(75)를 구비하도록 구성해도 좋다. 이 경우, 계측자에 의한 수동 선택과 자동 선택의 2종류를 준비한 도플러식 초음파 유량계를 제공할 수 있고, 영역의 선택이 실시되지 않는 경우에는 보다 좋은 유속 분포를 자동적으로 선택하는 메뉴를 준비할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 도 1에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에서 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41B)을 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41B)가 협동하여 도플러식 초음파 유량계(10B)로서 기능하도록 구성하고 있지만, 도플러식 초음파 유량계(10) 대신에 도플러식 초음파 유량계(50) 또는 도플러식 초음파 유량계(60)에 적용해도 좋다.
[제 6 실시형태]
도 12에 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계의 일실시형태인 도플러식 초음파 유량계(10C)의 기능 블록도를 나타낸다.
도 12에 도시된 도플러식 초음파 유량계(10C)는 도 1에서 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에 있어서, 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41C)를 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41C)가 협동하여 도플러식 초음파 유량계로서 기능하도록 구성된다.
도 12에 의하면 도플러식 초음파 유량계(10C)는 Udflow 유닛(13)과, 유속 분포 산출 수단(67)과, 유량 산출 수단(68)과, 측정 대상의 특성에 따라 조정해야 하 는 최적값을 자동적으로 산출하는 최적값 산출수단(77)을 구비한다. 또, 유속 데이터 취득 수단으로서의 Udflow 유닛(13)과 유속 분포 산출 수단(67)이 유속 분포 계측 수단을 구성하고, Udflow 유닛(13), 유속 분포 산출수단(67) 및 유량 산출 수단(68)이 유량 계측 수단을 구성하는 점은 본 실시형태에서도 동일하다.
최적값 산출 수단(77)은 유체 배관(11)의 내부 직경(Di), 피측정 유체(12) 중의 초음파 속도(Cw) 및 초음파 펄스의 입사각(α)의 입력을 접수하는 데이터 입력부(78)와, 유속도 분포 산출수단(67)이 계측한 유속 중 최대 유속(V)을 최대 유속 산출부(79)와, 산출된 최대 유속(V)을 피측정 유체(12) 중의 초음파 속도(Cw)로 나눈 정규화된 속도(V0)를 산출하는 정규화된 속도 산출부(80)와, 반복 주파수(fPRF)를 발진 주파수(f0)로 나눈 정규화된 주파수(F0)를 산출하는 주파수 무차원 산출부(81)와, 산출된 정규화된 속도(V0)와 정규화된 주파수(F0)와의 사이에,
Figure 112004057097051-pct00001
를 만족하는 발진 주파수(f1)를 재설정하는 주파수 설정부(82)를 구비한다.
도플러식 초음파 유량계(10C)에서는 최적값 산출 수단(77)의 데이터 입력부(78)가 유체 배관(11)의 내부 직경(Di), 피측정 유체(12) 중의 초음파 속도(Cw) 및 초음파 펄스의 입사각(α)을 초기값으로서 입력을 접수하고, 또 최대 유속 산출부(79)에서는 유속 분포 산출수단(67)이 계측한 유속 중 최대 유속(V)이 산출된다.
정규화된 속도 산출부(80)는 데이터 입력부(78)가 입력을 접수한 피측정 유체(12) 중의 초음파 속도(Cw)로 최대 유속 산출부(79)가 산출한 최대 유속(V)을 나눠 얻어지는 정규화된 속도(V0)를 산출한다. 또, 정규화된 주파수 산출부(81)는 반복 주파수(fPRF)를 발진 주파수(f0)로 나눈 정규화된 주파수(F0)를 산출한다.
주파수 설정부(82)는 정규화된 속도 산출부(80)가 산출한 정규화된 속도(V0)와 정규화된 주파수 산출부(81)가 산출한 정규화된 주파수(F0)를 이용하여 상기 수학식 1에서 나타낸 관계식,
Figure 112004057097051-pct00002
를 만족하도록 발진 주파수(f1)의 재설정을 실시한다. 또, 상기 수학식 1은 최적값이 존재하는 범위를 나타내는 것이며, 이것들은 본 발명자가 실험을 반복하여 안출한 것이다.
도 13∼도 15에 본 발명자가 실험을 반복하여 안출한 최적값이 존재하는 범위를 나타내는 설명도를 나타낸다.
도 13은 횡축에 정규화된 속도(V*)를, 종축에 정규화된 주파수(F*)를 설정하고, 측정 최적화가 가능한 영역과 최적화가 불가능한 영역을 나타낸 설명도이다. 즉, F*≥4V0·sinα의 영역, 도면 중에서는 좌측 상부의 영역에서는 측정 최적화가 가능한 것이 실험에 의해 안출된 것을 시사하고 있다.
도 14는 횡축에 Cw/Di의 대수를, 종축에 반복 주파수(fPRF)의 대수를 설정하고, 측정 최적화가 가능한 영역과 최적화가 불가능한 영역을 나타낸 설명도이다. 즉, fPRF≤Cw/2Di의 영역, 도면 중에서는 우측 하부의 영역에서는 측정 최적화가 가능한 것이 실험에 의해 안출된 것을 시사하고 있다.
도 15는 대표적인 배관의 종류와 그 영역에 관해 측정 최적화가 가능한 영역과 최적화가 불가능한 영역을 도시한 설명도이다. 도 15에 도시된 출력을 계측자가 열람할 수 있거나 미리 인쇄하면 최적화가 가능한 조건에서의 유량 측정인지의 여부를 계측자가 판단하는 기준으로서 이용할 수 있다.
여기서, 도플러식 초음파 유량계(10C)가 피측정 유체(12)의 유량 계측으로서 실시하는 초음파 유량 계측 순서에 대해 그 처리 공정을 따라서 설명한다.
도 16은 도플러식 초음파 유량계(10C)의 초음파 유량 계측 방법으로서의 초음파 유량 계측 순서(도 16에 있어서, “제 3 초음파 유량 계측 순서”라고 함)를 처리 순서를 따라서 설명하는 설명도이다.
도 16에 의하면 초음파 유량 계측 순서는 반사체군 속도 산출 공정(단계(S21)∼단계(S22))과, 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S23)∼단계(S24))과, 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 최적값을 산출하는 최적값 설정 공정(단계(S25))과, 유량 계측 처리 공정(단계(S26))을 구비한다.
반사체군 속도 산출 공정(단계(S21)∼단계(S22))은 초기값 인식 단계(단계(S21))와 반사체군 속도 산출 단계(단계(S22))를 구비하고, 우선 단계(S21)의 초기 값 인식 단계에서 측정 개시 시의 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 초기값이 인식되고, 계속해서 단계(S22)의 반사체군 속도 산출 단계에서 피측정 유체(12)에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 피측정 유체(12)에 다수 혼재하는 반사체군(25)의 속도를 산출하고, 산출된 반사체(25)의 속도 분포를 속도 분포 데이터로서 Udflow 유닛(13)으로부터 출력한다. 반사체군 속도 산출 단계(단계(S22))가 완료되면 반사체군 속도 산출 공정을 완료한다.
반사체군 속도 산출 공정을 완료하면, 계속해서 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S23)∼단계(S24))이 이루어지고, 우선 유속 분포 산출 단계(단계(S23))에서 피측정 유체(12)의 유속 분포 및 중앙 위치가 산출된다. 계속해서 유속 분포 데이터 출력 단계(단계(S24))에서 산출된 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터는 유속 분포 산출 수단(67)으로부터 출력된다. 유속 분포 산출 수단(67)으로부터 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터가 출력되면 유속 분포 계측 처리 공정을 완료한다.
유속 분포 계측 처리 공정이 완료되면, 계속해서 최적값 설정 공정(단계(S25))이 이루어지고, 최적값 산출 수단(77)은 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 최적값을 산출한다.
최적값 설정 공정은 최적값의 산출로서,
Figure 112004057097051-pct00003
를 만족하는 발진 주파수(f1)를 재설정하는 발진 주파수 재설정 단계를 실시 하는 것으로 이루어진다. 발진 주파수(f1)의 재설정은 최적값 산출 수단(77)이 실시하고, 최적값 산출 수단(77)으로 발진 주파수(f1)의 재설정이 이루어지면 재설정된 발진 주파수(f1)로 유량 분포 처리 공정이 이루어지고, 계측에 최적인 발진 주파수가 되기까지 유속 분포 계측 처리 공정과 발진 주파수 재설정 단계가 반복된다. 그리고, 발진 주파수(f1)가 되면 최적값 설정 공정(단계(S25))은 완료된다.
최적값 설정 공정이 완료되면 계속해서 단계(S26)에서 유량 계측 처리 공정을 실시한다. 단계(S26)의 유량 계측 처리 공정은 도 8에 도시한 유량 계측 처리 공정(단계(S6)∼단계(S7))과 동일하다.
이상, 본 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계(10C), 도플러식 초음파 유량계(10C)를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량계(10C)에 이용하는 유량 계측 프로그램에 의하면 최적값 산출 수단(77)이 측정 대상의 특성에 따라 조정해야 하는 최적값을 자동적으로 산출함으로써 측정 대상에 맞춰 최적값을 구하기 위한 예비적인 측정이 불필요해지고, 측정을 실시하는 준비에 따른 수고를 경감할 수 있다.
또, 데이터 입력부(78)에 입력되는 유체 배관(11)의 내부 직경(Di), 피측정 유체(12) 중의 초음파 속도(Cw) 및 초음파 펄스의 입사각(α)은 자동적으로 입력되어 있어도 수동적으로 입력되어 있어도 관계없다.
또, 본 실시형태에서는 도 1에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에 있어서, 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41C)를 판독하여 실행하 는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41C)가 협동하여 도플러식 초음파 유량계(10C)로서 기능하도록 구성하고 있지만, 도플러식 초음파 유량계(10) 대신에 도플러식 초음파 유량계(50) 또는 도플러식 초음파 유량계(60)에 적용해도 좋다.
[제 7 실시형태]
본 발명의 제 7 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계(50A)는 도 3에 도시한 도플러식 초음파 유량계(50)에 있어서, 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41D)를 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41D)가 협동하여 도플러식 초음파 유량계(50A)로서 기능하도록 구성된다.
도 17에 본 발명의 제 7 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계(50A)의 기능 블록도를 나타낸다.
도플러식 초음파 유량계(50A)는 입사각 조절 설정 수단(51)이 설치된 Udflow 유닛(13)과, 유속 분포 산출 수단(67)과, 유량 산출 수단(68)과, 측정 대상의 특성에 따라 조정해야 하는 최적값을 자동적으로 산출하는 최적값 산출 수단(77A)을 구비한다. 또, 유속 데이터 취득 수단으로서의 Udflow 유닛(13)과 유속 분포 산출 수단(67)이 유속 분포 계측 수단을 구성하고, Udflow 유닛(13), 유속 분포 산출 수단(67) 및 유량 산출 수단(68)이 유량 계측 수단을 구성하는 점은 본 실시형태에서도 동일하다.
최적값 산출 수단(77A)은 데이터 입력부(78)와, 최대 유속 산출부(79)와, 정 규화된 속도 산출부(80)와, 정규화된 주파수 산출부(81)와, 산출된 정규화된 속도(V0)와 정규화된 주파수(F0)와의 사이에 수학식 1의 관계식,
F0≥4V0·sinα 및 fPRF≤Cw/2Di
를 만족하는 입사각도(α1)를 재설정하는 입사각도 설정부(84)를 구비한다.
도플러식 초음파 유량계(50A)에서는 최적값 산출수단(77)의 데이터 입력부(78)가 유체 배관(11)의 내부 직경(Di), 피측정 유체(12) 중의 초음파 속도(Cw) 및 초음파 펄스의 입사각(α)을 초기값으로서 입력을 받고, 또 최대 유속 산출부(79)에서는 유속도 분포 산출 수단(67)이 계측한 유속 중 최대 유속(V)이 출력된다.
정규화된 속도 산출부(80)는 데이터 입력부(78)가 입력받은 피측정 유체(12) 중의 초음파 속도(Cw)로 최대 유속 산출부(79)가 산출한 최대 유속(V)을 나눠 얻어지는 정규화된 속도(V0)를 산출한다. 또, 정규화된 주파수 산출부(81)는 반복 주파수(fPRF)를 발진 주파수(f0)로 나눈 정규화된 주파수(F0)를 산출한다.
입사각도 설정부(84)는 정규화된 속도 산출부(80)가 산출한 정규화된 속도(V0)와 정규화된 주파수 산출부(81)가 산출한 정규화된 주파수(F0)를 이용하여 상기 수학식 1에서 나타낸 관계식,
F0≥4V0·sinα 및 fPRF≤Cw/2Di
를 만족하도록 입사각도(α1)의 재설정을 실시하다. 또, 상기 수학식 1은 도 13∼도 15에 도시한 최적값이 존재하는 범위를 나타내는 것이며, 이것들은 본 발명자가 실험을 반복하여 안출한 것이다.
도 18은 도플러식 초음파 유량계(50A)의 초음파 유량 계측 방법으로서의 초음파 유량 계측 순서(도 18에 있어서, “제 4 초음파 유량 계측 순서”라고 함)를 처리 순서를 따라서 설명하는 설명도이다.
도 18에 의하면 초음파 유량 계측 순서는 반사체군 속도 산출 공정(단계(S31)∼단계(S32))과, 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S33)∼단계(S34))와, 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 최적값을 산출하는 최적값 설정 공정(단계(S35))과, 유량 계측 처리 공정(단계(S36))을 구비한다.
반사체군 속도 산출 공정(단계(S31)∼단계(S32))은 초기값 인식 단계(단계(S31))와, 반사체군 속도 산출 단계(단계(S32))를 구비하고, 단계(S31)의 초기값 인식 단계에서 측정 개시 시의 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 초기값이 인식되고, 계속해서 단계(S32)의 반사체군 속도 산출 단계에서 피측정 유체(12)에 다수 혼재하는 반사체군(25)의 속도가 산출되고, 산출된 반사체(25)의 속도 분포를 속도 분포 데이터로서 Udflow 유닛(13)으로부터 출력한다.
계속해서, 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S33)∼단계(S34))의 유속 분포 산출 단계(S33)에서 피측정 유체(12)의 유속 분포 및 중앙 위치가 산출되고, 유속 분포 데이터 출력 단계(단계(S34))에서 산출된 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터가 유속 분포 산출 수단(67)으로부터 출력된다. 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터가 출력되면 유속 분포 계측 처리 공정은 완료된다.
유속 분포 계측 처리 공정이 완료되면, 계속해서 최적값 설정 공정(단계(S35))이 이루어지고, 최적값 산출 수단(77A)은 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 최적값을 산출한다.
최적값 설정 공정은 최적값의 산출로서,
F0≥4V0·sinα 및 fPRF≤Cw/2Di
를 만족하는 입사각도(α1)를 재설정하는 입사 각도 재설정 단계를 실시하는 것으로 이루어진다. 입사 각도(α1)의 재설정은 최적값 산출 수단(77A)이 실시하고, 최적값 산출 수단(77A)에서 입사각도(α1)의 재설정이 이루어지고, 계측에 최적인 입사각도(α1)가 설정되면 최적값 설정 공정(단계(S35))은 완료된다.
최적값 설정 공정이 완료되면 계속해서 단계(S26)에서 유량 계측 처리 공정을 실시한다. 유량 계측 처리 공정은 도 8에 도시한 유량 계측 처리 공정(단계(S6)∼단계(S7))과 동일하다.
이상, 본 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계(50A), 도플러식 초음파 유량계(50A)를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량계(50A)에 이용하는 유량 계측 프로그램에 의하면 최적값 산출 수단(77A)이 측정 대상의 특성에 따라 조정해야 하는 최적값을 자동적으로 산출함으로써 측정 대상에 맞춰 최적값을 구하기 위한 예비적인 측정이 불필요해지고, 측정을 실시하는 준비에 드는 수고를 경감할 수 있다.
또, 데이터 입력부(78)에 입력되는 유체 배관(11)의 내부 직경(Di), 피측정 유체(12) 중의 초음파 속도(Cw) 및 초음파 펄스의 입사각(α)은 자동적으로 입력되어 있어도 수동적으로 입력되어 있어도 관계없다.
또, 최적값 산출 수단(77A)은 데이터 입력부(78)와, 최대 유속 산출부(79)와, 정규화된 속도 산출부(80)와, 정규화된 주파수 산출부(81)와, 입사각도 설정부(84)를 구비하는 구성이지만, 또 최적값 산출 수단(77)에 구비되는 주파수 설정부(82)를 함께 구비하는 구성으로 해도 좋다.
또, 본 실시형태에서는 도 3에 도시한 도플러식 초음파 유량계(50)에서, 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41D)를 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41D)가 협동하여 도플러식 초음파 유량계(50A)로서 기능하도록 구성하고 있지만, 도플러식 초음파 유량계(50) 대신에 도플러식 초음파 유량계(60)에 적용해도 좋다.
[제 8 실시형태]
도 19에 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계(10D)의 기능 블록도를 나타낸다.
도 19에 도시되는 도플러식 초음파 유량계(10D)는 도 1에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에서, 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41E)를 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41E)가 협동하여 도플러식 초음파 유량계로서 기능하도록 구성된다.
도 19에 의하면 도플러식 초음파 유량계(10D)는 Udflow 유닛(13)과, 유속 분포 산출 수단(67)과, 유량 산출 수단(68)과, 초음파 펄스의 주파수 및 속도로 최소 채널 거리를 연산하는 채널 거리 연산 수단(87)과, 연산된 최소 채널 거리로부터 계측 가능 범위를 연산하여 표시하는 계측 가능 범위 표시 수단(88)과, 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정을 실시하는 채널 거리 변경 결정수단(89)을 구비한다.
채널 거리 연산수단(87)은 초음파 펄스의 주파수 및 속도로 최소 채널 거리를 연산한다. 계측 가능 범위 표시수단(88)은 채널 거리 연산 수단(87)이 연산한 최소 채널 거리로부터 계측 가능 범위를 연산하여, 예를 들면 표시 모니터(39) 등의 표시 수단에 표시한다. 채널 거리 변경 결정 수단(89)은 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정의 입력을 받고, 입력이 있는 경우에는 입력 내용에 따라서 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정을 실시한다.
채널 거리 변경 결정수단(89)이 변경 가능한 채널 거리의 상한값은 반복 주기(=1/fPRF)에 있어서, 입사한 초음파 유체 배관(11)의 관벽에서 반사하여 정확히 왕복하는 경우의 유체 배관(11)의 배관 직경과 같아진다. 이를 고려하면 반복 주파수(fPRF)의 설정값에 따라 변경 가능한 채널 거리의 상한값을 가변시킬 수 있다. 또, 반복 주파수(fPRF)는 최소 1Hz 오더로 자유롭게 설정할 수 있고, 피측정 유체(12) 중의 초음파 속도(Cw)가 1000m/s 오더인 것을 고려하면 현상에서 실시할 수 있는 유체 배관(11)의 최대 배관 직경이라도 충분히 대응할 수 있다.
도 20은 도플러식 초음파 유량계(10D)의 초음파 유량 계측 방법으로서의 초음파 유량 계측 순서(도 20에 있어서, “제 5 초음파 유량 계측 순서”라고 함)를 처리 순서를 따라서 설명하는 설명도이다.
도 20에 의하면 도플러식 초음파 유량계(10D)가 실시하는 초음파 유량 계측 순서는 반사체군 속도 산출 공정(단계S410)과, 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S42))과, 채널 거리 연산 공정(채널(S43))과, 계측 가능 범위 표시 공정(단계(S44)∼단계(S46))와, 채널 거리 변경 공정(단계(S47))과, 유량 계측 처리 공정(단계(S48))을 구비한다.
반사체군 속도 산출 공정(단계(S41))은 도 8에 도시한 반사체군 속도 산출 공정(단계(S1))과 동일한 공정이며, Udflow 유닛(13)은 피측정 유체(12)에 다수 혼재하는 반사체군(25)의 속도를 산출하고, 산출한 반사체(25)의 속도 분포를 속도 분포 데이터로서 Udflow 유닛(13)으로부터 출력한다. 또, Udflow 유닛(13)은 채널 거리 연산 공정(단계(S43))의 연산에 필요한 발진한 초음파 펄스의 주파수(fO) 및 속도(Cw) 데이터를 출력한다. 반사체군 속도 산출 공정이 완료되면 계속해서 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S42))이 이루어진다.
단계(S42)의 유속 분포 계측 처리 공정에서는 유속 분포 산출 단계(단계(S42))를 실시하고, 반사체(25)의 속도 분포 데이터를 유속 분포 산출수단(67)이 연산 처리하여 피측정 유체(12)의 유속 분포 데이터 및 유체 배관(11)의 중앙 위치 데이터를 산출한다. 피측정 유체(12)의 유속 분포 데이터 및 유체 배관(11)의 중 앙 위치 데이터가 산출되면 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S42))을 완료하고, 계속해서 채널 거리 연산 공정(단계(S43))을 실시한다.
단계(S43)의 채널 거리 연산 공정에서는 채널 거리 연산 수단(87)이 계측 시의 초음파 펄스의 주파수(fO) 및 초음파 속도(Cw)로 최소 채널 거리를 연산한다. 최소 채널 거리가 연산되면 채널 거리 연산 공정을 완료하고, 계속해서 계측 가능 범위 표시 공정(단계(S44)∼단계(S46))을 실시한다.
계측 가능 범위 표시 공정(단계(S44)∼단계(S46))은 채널 거리 연산 수단(87)이 연산한 최소 채널 거리로부터 계측 가능 범위를 연산하는 계측 가능 범위 연산 단계(단계(S44))와, 계측 가능 범위 연산 단계에서 연산한 계측 가능 범위의 데이터를 표시 모니터(39) 등의 표시 수단에 표시시키는 계측 가능 범위 표시 단계(단계(S45))와, 표시 모니터(39) 등의 표시 수단에 채널 거리 변경·결정할지의 여부를 확인하는 채널 거리 변경 결정 확인 단계(단계(S46))를 구비한다.
계측 가능 범위 표시 공정(단계(S44)∼단계(S46))에서는 우선 단계(S44)의 계측 가능 범위 연산 단계에서 계측 가능 범위 표시 수단(88)이 계측 가능 범위의 산출을 실시하고, 계속해서 단계(S45)의 계측 가능 범위 표시 단계에서 계측 가능 범위 표시 수단(88)이 계측 가능 범위의 데이터를 출력하고, 컴퓨터(14)의 연산 처리 수단(35)이 계측 가능범위 표시 수단(88)으로부터 출력된 계측 가능 범위를 표시 모니터(39)에 표시시킨다.
도 21에 계측 가능 범위 표시 단계 후에 표시 모니터(39)에 표시되는 화면의 일례를 개략적으로 도시한 설명도를 나타낸다.
도 21에 도시된 일례에 의하면 계측 가능 범위(91)는 유속 분포 표시부(92)의 상부에 표시되고, 계측자는 계측 가능 범위(91)를 보고 계측 가능한 범위를 확인할 수 있도록 표시된다.
또, 도 21에서는 설명 상의 최소한의 표시만을 도시하고, 필요에 따라서 현재의 초음파 펄스의 주파수, 초음파 속도 등을 추가 표시하는 것은 당연히 가능하다.
또, 계측 가능 범위(91)가 표시 모니터(39)에 표시되는 동시에 단계(S46)의 채널 거리 변경 결정 확인 단계가 이루어지고, 채널 거리 변경·결정할지 의 여부를 확인하라는 표시(이하, “채널 거리 변경·결정 확인 표시”라고 함)(93)가 계측 가능 범위(91)와 함께 표시 모니터(39)에 표시된다. 계측 가능 범위 및 채널 거리 변경·결정 확인 표시가 표시 모니터(39)에 표시되면, 계측 가능 범위 표시 공정(단계(S44)∼단계(S46))은 완료된다.
단계(S46)의 채널 거리 변경 결정 확인 단계에서, 표시 모니터(39)에 표시되는 최소 채널 거리 변경·결정 확인 표시를 보고, 계측자가 특히 최소 채널 거리의 변경을 요하지 않는다고 판단된 경우(단계(S46)에서 “아니오”인 경우)는 계속해서 유량 계측 처리 공정(단계(S48))을 실시한다. 이 유량 계측 처리 공정(단계(S48))은 도 8에 도시한 유량 계측 처리 공정(단계(S6)∼단계(S7))과 동일한 처리 단계이다. 단계(S48)의 유량 계측 처리 공정의 완료를 가지고 초음파 유량 계측 순서를 완료한다.
한편, 단계(S46)의 채널 거리 변경 결정 확인 단계에서, 표시 모니터(39)에 표시된 채널 거리 변경·결정 확인 표시를 보고, 계측자가 채널 거리의 변경을 요한다고 판단된 경우(단계(S46)에서 “예”인 경우)는 계속해서 채널 거리 변경 공정(단계(S47))을 실시한다.
채널 거리 변경 공정에서는 채널 거리 변경 결정 수단(89)이 입력된 내용에 따라서 최소 채널 거리를 정수배하여 채널 거리의 변경을 실시한다. 예를 들면, 채널 거리를 2 배로 하라는 요구가 입력된 경우에는 채널 거리는 2 배가 된다.
채널 거리의 변경은 도 21에 도시한 바와 같이, 예를 들면 GUI를 제공하고, 계측자가 표시 모니터(39)에 표시되는 채널 거리 변경창(94)의 값을 퍼스널컴퓨터(14)의 입력 수단(38)으로 입력한다. 또는 채널 거리 변경창(94)의 가로에 표시되는 상하 커서(95)를 퍼스널컴퓨터(14)의 입력 수단(38)으로 입력하여 선택(클릭 조작)하는 것으로 채널 거리를 최소 채널 거리의 정수배로 상하시켜 실시한다. 상기 최소 채널 거리를 2 배로 하는 예의 경우에는 채널 거리 변경창(94)의 값을 2로 하는 것으로 이루어진다.
채널 거리 변경 결정수단(89)이 채널 거리 변경창(94)에 입력된 수치에 따라서 최소 채널 거리를 정수배하면 채널 거리 변경 공정(단계(S47))을 완료하고, 계속해서 단계(S42)로 진행하여 단계(S42) 이후의 처리 공정을 실시한다.
여기서, 채널 거리를 정수배로 하여 실측한 결과에 기초한 도플러식 초음파 유량계(10D)의 측정 정밀도에 대해 평가한 결과를 이하에 설명한다.
(채널 거리 변경 시의 계측 오차의 평가)
제 1 측정으로서, 내부직경 150mm의 유체 배관(11)에 있어서, 샘플링 주파수를 1MHz, 피측정 유체(12)를 물, 채널 거리를 최소 채널 거리의 2 배로 하여 유량 측정을 실시하였다.
샘플링 주파수를 1MHz, 피측정 유체(12)를 물로 하면 초음파 속도가 1480m/s이므로 최소 채널 거리는 약 0.75mm가 된다. 또, 이번 계측에서 이용한 도플러식 초음파 유량계(10D)는 채널 수가 128이므로 계측 가능 심도(거리)는 128×0.75mm=96mm가 된다. 따라서, 채널 거리를 적어도 최소 채널 거리의 2 배 이상으로 할 필요가 있는 것을 알 수 있다.
제 1 측정에서, 도플러식 초음파 유량계(10D)가 유속 분포를 구성하는데 필요한 포인트수는 사용한 128포인트 중 100포인트(=150mm/1.5mm)이다.
계속해서, 제 2 측정으로서 내부직경 150mm의 유체 배관(11)에서, 샘플링 주파수를 1MHz, 피측정 유체(12)를 물, 채널 거리를 최소 채널 거리의 3배로 하여 유량 측정을 실시하였다.
제 2 측정에서는 채널 거리가 최소 채널 거리의 3배, 즉, 0.75×3=2.25mm가 되고, 계측 가능 심도(거리)는 128×2.25mm=2888mm가 된다. 또, 제 2 측정에서 도플러식 초음파 유량계(10D)가 유속 분포를 구성하는데 필요한 포인트수는 사용한 128포인트 중 67포인트(=150/2.25)이다.
계속해서, 제 3 측정으로서 계측 포인트를 줄여 몇개의 계측 포인트수로 계측 실험을 실시하였다. 제 3 측정 결과, 계측 포인트수가 약 절반이 되어도 실제값과의 오차는 1% 보다 훨씬 작아 높은 정밀도로 계측할 수 있는 것을 알 수 있다.
상기와 같이, 당초 검토를 실시한 초음파 에코의 수신 가능 부분을 현재의 128군데에서 256군데나 512군데 등으로 늘리는 것에 의한 굵은 배관으로의 대응이나 정밀도 향상을 위한 방책을 채용할 필요가 없을 만큼의 계측 성능을 확인할 수 있었다.
구체적으로는 최대 128군데에 초음파 에코를 수신하여 유속 분포를 산출하고 있는 도플러식 초음파 유량계에서는 내부직경이 280mm을 초과하는 굵은 배관부터 100mm 이하의 가는 배관까지의 배관 직경을 계측 오차 1% 보다 훨씬 작은 높은 정밀도(채널 거리가 최소 채널 거리의 3배의 경우에서 0.0056%)로 계측할 수 있는 것을 실증할 수 있었다.
이상, 본 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계(10D), 도플러식 초음파 유량계(10D)를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량계(10D)에 이용하는 유량 계측 프로그램에 의하면 최소 채널 거리로 산출되는 계측 가능 범위와, 피측정 유체가 흐르는 유체 배관의 관 직경으로부터 필요하다면 그 계측 가능 범위를 계측자가 변경하고 나서 유속 분포의 연산을 실시할 수 있으므로 계측 가능 범위를 확대할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 도 1에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에서, 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PF(41E)를 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41E)가 협동하여 도플러식 초음파 유량계(10D)로서 기능하도록 구성하고 있지만, 도플러식 초음파 유량계(10) 대신에 도플러식 초음파 유량계(50) 또는 도플러 식 초음파 유량계(60)에 적용해도 좋다.
또, 측정 범위를 특정짓는 최소 채널 거리를 정수배하는 계측 및 연산 상의 아이디어를 채용하여 실현하는 도플러식 초음파 유량계(10D)는 출원 시점에서의 계측 부분을 128군데로 한 도플러식 초음파 유량계를 실시형태 등에서 예시 설명하고 있지만, 본원 발명은 도플러식 초음파 유량계의 계측 부분을 외관상, 측정할 수 있는 것과 동등한 효과를 갖는 기술적 사상을 본질로 하고 있으며, 계측 부분의 128군데를 물리적으로 미리 늘린 도플러식 초음파 유량계를 배제하는 것이 아니다.
[제 9 실시형태]
도 22에 본 발명의 제 9 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계(10E)의 기능 블록도를 도시한다.
도 22에 도시된 도플러식 초음파 유량계(10E)는 도 1에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에 있어서, 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41F)을 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41F)가 협동하여 도플러식 초음파 유량계로서 기능하도록 구성된다.
도 22에 의하면 도플러식 초음파 유량계(10E)는 도 19에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10D)에 대해 채널 거리 변경 결정 수단(89) 대신에 채널 거리 자동 변경 결정 수단(97)을 구비하고 있는 점이 다르지만 그외의 점은 다르지 않으므로, 다르지 않은 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 또, 유속 데이터 취득수단으로서의 Udflow유닛(13)과 유속 분포 산출수단(67)이 유속 분 포 계측 수단을 구성하고, Udflow유닛(13), 유속 분포 산출 수단(67) 및 유량 산출 수단(68)이 유량 계측 수단을 구성하는 점은 본 실시형태에서도 동일하다.
도플러식 초음파 유량계(10E)는 Udflow유닛(13)과, 유속 분포 산출 수단(67)과, 유량 산출 수단(68)과, 채널 거리 연산 수단(87)과, 연산측 가능 범위 표시 수단(88)과, 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정을 자동적으로 실시하는 채널 거리 자동 변경 결정수단(97)을 구비한다. 채널 거리 자동 변경 결정수단(97)은 최소 채널 거리, 유체 배관(11)의 배관 직경 및 최대 채널 수로 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정을 자동적으로 실시한다.
도 23에 도플러식 초음파 유량계(10E)의 초음파 유량 계측 방법으로서의 초음파 유량 계측 순서(도 23에 있어서, “제 6 초음파 유량 계측 순서”라고 함)를 처리 순서를 따라서 설명하는 설명도를 나타낸다.
도 23에 의하면 도플러식 초음파 유량계(10E)가 실시하는 초음파 유량 계측 순서는 반사체군 속도 산출 공정(단계(S51))과, 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S52))과, 채널 거리 연산 공정(단계(S53))과, 계측 가능 범위 산출 공정(단계(S54)∼단계(S55))과, 유속 분포 등 표시 공정(단계(S56))과, 유량 계측 처리 공정(단계(S57))과, 채널 거리 변경 공정(단계(S58))을 구비한다.
반사체군 속도 산출 공정(단계(S51))은 도 20에 도시한 반사체군 속도 산출 공정(단계(S41))과 동일한 공정이며, Udflow 유닛(13)은 피측정 유체(12)에 다수 혼재하는 반사체군(25)의 속도를 산출하고, 산출한 반사체(25)의 속도 분포를 속도 분포 데이터와, 발진한 초음파 펄스의 주파수(f0) 및 속도(Cw)의 데이터가 Udflow 유닛(13)로부터 출력된다. 반사체군 속도 산출 공정이 완료되면 계속해서 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S52))이 이루어진다.
단계(S52)의 유속 분포 계측 처리 공정에서는 유속 분포 산출 단계(단계(S52))를 실시하여 반사체(25)의 속도 분포 데이터를 유속 분포 산출 수단(67)이 연산 처리하여 피측정 유체(12)의 유속 분포 데이터 및 유체 배관(11)의 중앙 위치 데이터를 산출한다. 피측정 유체(12)의 유속 분포 데이터 및 유체 배관(11)의 중앙 위치 데이터가 산출되면 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S52))을 완료하고, 계속해서 채널 거리 연산 공정(단계(S53))을 실시한다.
단계(S53)의 채널 거리 연산 공정에서는 채널 거리 연산 수단(87)이 계측 시의 초음파 펄스의 주파수(f0) 및 초음파 속도(Cw)로부터 최소 채널 거리를 연산한다. 최소 채널 거리가 완료되면 채널 거리 연산 공정을 완료하고, 계속해서 계측 가능 범위 산출 공정(단계(S54)∼단계(S55))을 실시한다.
계측 가능 범위 산출 공정(단계(S54)∼단계(S55))은 채널 거리 연산 수단(87)이 연산한 최소 채널 거리로부터 계측 가능 범위를 연산하는 계측 가능 범위 연산 단계(단계(S54))와, 채널 거리의 변경이 필요한지 여부를 판단하는 채널 거리 변경 판단 단계(단계(S55))를 구비한다.
계측 가능 범위 산출 공정(단계(S54)∼단계(S55))에서는 우선 단계(S54)의 계측 가능 범위 연산 단계에서 계측 가능 범위 표시 수단(88)이 계측 가능 범위의 산출을 실시하고, 계속해서 단계(S55)의 채널 거리 변경 판단 단계에서 채널 거리 자동 변경 결정 수단(97)이 계측 가능 범위 표시 수단(88)에서 산출된 계측 가능 범위 및 현재 계측을 실시하고 있는 배관 직경으로부터 채널 거리의 변경이 필요한지 여부를 판단한다.
계속해서, 채널 거리 변경 판단 단계에서 채널 거리 자동 변경 결정 수단(97)이 채널 거리의 변경을 불필요하다고 판단하는 경우(단계(S55)에서 “아니오”인 경우)에는 계속해서 유속 분포 등 표시 공정(단계(S56))을 실시하여 피측정 유체(12)의 유속 분포나 계측 가능 범위가 표시 모니터(39)에 표시된다.
피측정 유체(12)의 유체 분포나 계측 가능 범위가 표시 모니터(39)에 표시되면 유속 분포 등 표시 공정(단계(S56))을 완료하고, 계속해서 유량 계측 처리 공정(단계(S57))을 실시한다. 상기 유량 계측 처리 공정(단계(S7))과 동일한 처리 단계이다. 그리고, 단계(S57)의 유량 게측 처리 공정의 완료를 가지고 초음파 유량 계측 순서를 완료한다.
한편, 채널 거리 변경 판단 단계에서 채널 거리 자동 변경 결정 수단(97)이 채널 거리의 변경이 필요하다고 판단되는 경우(단계(S55))에서 “예”인 경우)에는 채널 거리를 변경하는 채널 거리 변경 공정(단계(S58))을 실시한다.
채널 거리 변경 공정(단계(S58))은 도 20에 도시한 채널 거리 변경 공정(단계(S47))과 동일한 처리 공정이며, 채널 거리 자동 변경 결정수단(97)이 최소 채널 거리를 정수배하여 채널 거리의 변경을 실시한다. 채널 거리 변경 공정이 완료되면 계속해서 단계(S52)로 복귀하여 단계(S52) 이후의 처리 공정을 실시한다.
이상, 본 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계(10E), 도플러식 초음파 유량계(10E)를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량게(10E)에 이용하는 유량 계측 프로그램에 의하면 최소 채널 거리로부터 산출되는 계측 가능 범위와, 피측정 유체가 흐르는 유체 배관의 관 직경으로부터 채널 거리의 변경의 필요성을 채널 거리 자동 변경 결정 수단(97)이 판단하고, 필요하면 채널 거리 자동 변경 결정 수단(97)이 그 계측 가능 범위를 자동 변경하고 나서 유속 분포를 산출할 수 있다.
따라서, 도플러식 초음파 유량계(10D), 도플러식 초음파 유량계(10D)를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량계(10D)에 이용하는 유량 계측 프로그램에 의한 경우와 마찬가지로 계측 가능 범위를 확대할 수 있다. 또, 계측 가능 범위를 확대한 경우의 계측 오차도 계측 오차 1% 보다도 훨씬 작게 고정밀도로 계측할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 도 1에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에서 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41F)를 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41F)가 협동하여 도플러식 초음파 유량계(10E)로서 기능하도록 구성하고 있지만, 도플러식 초음파 유량계(10) 대신에 도플러식 초음파 유량계(50) 또는 도플러식 초음파 유량계(60)에 적용해도 좋다.
또, 도플러식 초음파 유량계(10E)는 채널 거리 변경 결정 수단(89) 대신에 채널 거리 자동 변경 결정수단(97)을 구비하고 있지만, 채널 거리 변경 결정 수단 (89) 및 채널 거리 자동 변경 결정수단(97)을 구비하도록 구성해도 좋다. 이 경우, 계측자에 의한 수동 선택과 자동 선택의 2종류를 준비한 도플러식 초음파 유량계를 제공할 수 있고, 채널 거리의 변경 결정이 실시되지 않는 경우에는 보다 계측에 적합한 채널 거리에 자동적으로 변경하는 메뉴를 준비할 수 있다.
[제 10 실시형태]
도 24에 본 발명의 제 10 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계(10F)의 기능 블록도를 나타낸다.
도 24에 도시된 도플러식 초음파 유량계(10F)는 도 1에서 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에서 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41G)를 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41G)가 협동하여 도플러식 초음파 유량계로서 기능하도록 구성된다.
도 24에 의하면 도플러식 초음파 유량계(10F)는 Udflow 유닛(13)과, 유속 분포 산출수단(67)과, 유량 산출 수단(68)과, 피측정 유체(12)의 유속 분포를 측정선(ML)의 거리 방향과의 관계로 화면 출력하는 유속 분포 출력 수단(99)과, 유속 분포 출력 수단(99)이 화면 출력한 유속 분포에 대해 유속의 제로점을 연속적으로 표시하는 유속 제로점 표시수단(100)과, 유속 분포 계측 수단에 대해 양의 유속의 측정 범위(이하, “유속 계측 범위”라고 함)를 2 배로 하는 유속 계측 범위 전환수단(101)을 구비한다.
또, 유속 데이터 취득수단으로서의 Udflow 유닛(13)과 유속 분포 산출 수단 (67)이 유속 분포 계측 수단을 구성하고, Udflow 유닛(13), 유속 분포 산출수단(67) 및 유량 산출수단(68)이 유량 계측 수단을 구성하는 점은 본 실시형태에서도 동일하다.
유속 분포 출력수단(99)은 유속 분포 산출 수단(67)으로부터 출력된 피측정 유체(12)의 유속 분포 데이터로부터 측정선(ML)의 거리 방향과의 관계로 표시 모니터(39)에 표시한다. 유속 제로점 표시수단(100)은 표시 모니터(39)에 표시되는 유속 분포에 있어서 유속 제로점을 나타내는 유속 제로라인을 유속 분포에 겹쳐 표시한다.
유속 계측 범위 전환수단(101)은 유속 분포 출력수단(99)에 대해 음의 유속을 무시하여 양의 유속만을 유속 분포 또는 유량의 계측에 채용하는 것으로 양음의 정보가 불필요해지므로 불필요해진 만큼의 정보량을 유속의 측정에 사용할 수 있고, 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 할 수 있다.
도 25에 도플러식 초음파 유량계(10E)의 유속 분포 출력 수단(99)이 유속 분포 산출수단(67)으로부터 출력된 피측정 유체(12)의 유속 분포 데이터를 측정선(ML)의 거리 방향과의 관계로 표시 모니터(39)에 표시한 표시 화면의 일례를 나타낸다.
또, 도 25의 (A)는 유속 계측 범위 전환수단(101)이 양의 유속의 유속 예측 범위를 2 배로 전환하기 전의 상태, 이른바 통상적인 경우를 나타내며, 도 25의 (B)는 유속 계측 범위 전환 수단(101)이 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 전환한 경우를 나타내고 있다.
도 25의 (A)에 의하면 유속 분포는 유속 제로 라인(103)에 대해 상측(유속 정방향)에 집중하고, 또 배관(11) 내의 일부의 위치에서는 유속이 계측 가능 범위를 초과하고 있다. 이 경우에 있어서, 유속 범위 전환(104)의 「양」을 선택(클릭)하여 통상에서 양으로 전환하면 유속 계측 범위 전환수단(101)은 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 전환한다.
양의 유속의 유속 계측 범위가 2 배로 전환되면 도 25의 (B)에 도시한 바와 같이 유속 제로라인(103)은 횡축과 겹쳐지고, 음의 유속을 표시하는 영역이 없어져 양의 영역이 2 배가 된다. 또, 도 25의 (B)에 도시한 예에서는 유속 계측 범위를 2 배로 전환하는 것으로 배관(11) 내의 모든 위치의 유속을 계측할 수 있다.
도 26에 도플러식 초음파 유량계(10F)의 초음파 유량 계측 방법으로서의 초음파 유량 계측 순서(도 26에서, “제 7 초음파 유량 계측 순서”라고 함)를 처리순서를 따라서 설명하는 설명도를 나타낸다.
도 26에 의하면 도플러식 초음파 유량계(10F)가 실시하는 초음파 유량 계측 순서는 반사체군 속도 산출 공정(단계(S61))과, 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S62))과, 피측정 유체(12)의 유속 분포를 측정선(ML)의 거리 방향과의 관계로 화면 출력하는 유속 분포 출력 공정(단계(S63))과, 유속 분포 출력 공정으로 화면 출력한 유속 분포에 대해 유속 제로라인(103)을 겹쳐 표시하는 유속 제로라인 표시 공정(단계(S64))과, 유속 계측 범위의 전환을 실시할지 여부의 확인을 실시하는 유속 계측 범위 전환 확인 공정(단계(S65))과, 유량 계측 처리 공정(단계(S66))과, 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 하는 유속 계측 범위 전환 공정(단계(S67)) 을 구비한다.
우선, 반사체군 속도 산출 공정(단계(S61))은 도 8에 도시한 반사체군 속도 산출 공정(단계(S1))과 동일하다. 반사체군 속도 산출 공정(단계(S61))이 이루어지면, 계속해서 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S62))이 이루어진다.
유속 분포 계측 처리 공정(단계(S62))에서는 도 8에 도시한 유속 분포 산출 단계(단계(S2))와 동일한 처리가 이루어진다. 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S62))이 완료되면, 계속해서 유속 분포 출력 공정(단계(S63))이 이루어지고, 유속 분포 출력수단(99)이 피측정 유체(12)의 유속 분포가 도 25에 도시한 바와 같이 측정선(ML)의 거리 방향과의 관계로 표시 모니터(39)에 화면 출력한다.
유속 분포 출력 공정이 완료되면, 계속해서 유속 제로라인 표시 공정(단계(S64)이 이루어지고, 유속 제로점 표시수단(100)이 유속 분포 출력 공정에서 화면 출력한 유속 분포에 유속 제로라인(103)을 겹쳐 표시한다. 유속 제로라인 표시 공정(단계(S64))이 완료되면, 계속해서 유속 계측 범위 전환 확인 공정(단계(S65))이 이루어지고, 유속 계측 범위 전환 수단(101)이 유속 범위 전환을 실시할지 여부를 표시 모니터(39)에 표시하여 확인을 실시한다.
계측자는 표시 모니터(39)의 표시를 보고, 유속 범위 전환을 실시할지 여부를 판단하고, 유속 범위 전환을 실시할지 여부를 컴퓨터(14)의 입력 수단(38)으로 입력한다. 입력수단(38)을 통해 유속 범위 전환을 실시하라는 입력이 유속 계측 범위 전환수단(101)에 이루어진 경우(단계(S65)에서 “아니오”인 경우)에는 계속해서 유량 계측 처리 공정(단계(S66))이 이루어진다. 유량 계측 처리 공정(단계 (S66))은 도 8에 도시한 유량 계측 처리 공정(단계(S6)∼단계(S7))과 동일한 처리 단계이다. 그리고, 단계(S66)의 유량 계측 처리 공정의 완료를 가지고 초음파 유량 계측 순서를 완료한다.
한편, 입력수단(38)을 통해 유속 범위 전환을 실시하라는 요구가 유속 계측 범위 전환수단(101)에 입력된 경우(단계(S65)에서 “예”인 경우)에는 계속해서 유속 계측 범위 전환 공정(단계(S67))을 실시한다. 유속 계측 범위 전환 공정(단계(S67)에서는 유속 계측 범위 전환수단(101)이 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 전환한다. 유속 계측 범위 전환 공정이 완료되면 단계(S65)로 진행하여, 단계(S65) 이후의 처리 공정을 실행한다.
이상, 본 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계(10F), 도플러식 초음파 유량계(10F)를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량계(10F)에 이용하는 유량 계측 프로그램에 의하면 필요에 따라서 계측할 수 있는 유속의 계측 가능 범위, 즉 유속 계측 범위를 2 배로 확대할 수 있다.
또, 도플러식 초음파 유량계(10F)의 유속 계측 범위 전환수단(101)은 양의 유속 범위에서 유속 계측 범위 2 배로 하고 있지만, 물론 음의 유속 범위에서 유속 계측 범위를 2 배로 할 수도 있다. 음의 유속 범위에서 유속 계측 범위를 2 배로 하는 경우, 도 25에 도시한 유속 범위 전환(104)의 「음」을 선택하면 좋다.
또, 본 실시형태에서는 도 1에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에 있어서, 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41G)를 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41G)이 협동하여 도플러식 초음파 유량계(10F)로서 기능하도록 구성하고 있지만, 도플러식 초음파 유량계(10) 대신에 도플러식 초음파 유량계(50) 또는 도플러식 초음파 유량계(60)에 적용해도 좋다.
[제 11 실시형태]
도 27에 본 발명의 제 11 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계(10G)의 기능 블록도를 나타낸다.
도 27에 도시된 도플러식 초음파 유량계(10G)는 도 1에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에서 컴퓨터(14)가 기록수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41H)를 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41G)가 협동하여 도플러식 초음파 유량계로서 기능하도록 구성된다.
도 27에 의하면 도플러식 초음파 유량계(10G)는 도 24에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10F)에 대해 유속 계측 범위 전환 수단(101) 대신에 산출한 피측정 유체(12)의 유속 분포에 대해 음의 유속값이 존재하는지 여부를 판단하는 양음 피측정 유체(106)와, 음의 값이 존재하지 않는다고 판단된 경우에 유속 분포 계측 수단에 대해 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 전환하는 유속 범위 자동 전환수단(107)을 구비한다.
또, 유속 데이터 취득수단으로서의 Udflow 유닛(13)과 유속 분포 산출 수단(67)이 유속 분포 계측 수단을 구성하고, Udflow 유닛(13), 유속 분포 산출 수단(67) 및 유량 산출 수단(68)이 유량 계측 수단을 구성하는 점은 본 실시형태에서도 동일하다.
양음 판단 수단(106)은 유속 분포 산출 수단(67)이 산출한 피측정 유체(12)의 유속 분포에 대해 음의 유속값이 존재하는지 여부의 판단을 실시한다. 유속 범위 자동 전환 수단(107)은 양음 판단 수단(106)이 음의 유속값이 존재하지 않는다고 판단된 경우에는 계측자에게 유속 계측 범위를 전환할지 여부의 확인을 실시하지 않고, 양의 유속의 유속 계측 범위를 자동적으로 2 배로 전환한다.
도 28에 도플러식 초음파 유량계(10G)의 초음파 유량 계측 방법으로서의 초음파 유량 계측 순서(도 28에서, “제 8 초음파 유량 계측 순서”라고 함)를 처리 순서를 따라서 설명하는 설명도를 나타낸다.
도 28에 의하면 도플러식 초음파 유량계(10G)가 실시하는 초음파 유량 계측 순서는 반사체군 속도 산출 공정(단계(S71))과, 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S72))과, 유속 계측 범위의 전환을 실시할지 여부를 판단하는 유속 범위 전환 판단 공정(단계(S73)∼단계(S74))과, 유속 분포 출력 공정(단계(S75))과, 유속 제로라인 표시 공정(단계(S76))과, 유량 계측 처리 공정(단계(S77)과, 유속 계측 범위 전환 공정(단계(S78))을 구비한다.
도플러식 초음파 유량계(10G)가 실시하는 초음파 유량 계측 순서에서는 우선 반사체군 속도 산출 공정(단계(S71)) 및 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S72))이 이루어진다. 반사체군 속도 산출 공정(단계(S71)) 및 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S72))은 도 26에 도시한 반사체군 속도 산출 공정(단계(S61)) 및 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S62))고 동일한 처리 공정이다.
반사체군 속도 산출 공정(단계(S71)) 및 유속 분포 계측 처리 공정(단계(S72))이 완료되면, 계속해서 유속 범위 전환 판단 공정(단계(S73))이 이루어지고, 양음 판단수단(106)이 유속 계측 범위의 전환을 실시할지 여부를 판단한다.
유속 범위 전환 판단 공정(단계(S73))에서는 양음 판단수단(106)이 유속 분포 산출 수단(67)이 산출한 피측정 유체(12)의 유속 분포에 대해 음의 유속값이 존재하는지 여부를 판단하고, 음의 유속값이 존재한 경우(단계(S73)에서 “아니오”인 경우)에는 유속 계측 범위의 전환을 실시하지 않고, 계속해서 유속 분포 출력 공정(단계(S74)), 유속 제로라인 표시 공정(단계(S75)) 및 유량 계측 처리 공정(단계(S76))을 실시한다.
유속 분포 출력 공정(단계(S74)), 유속 제로라인 표시 공정(단계(S75)) 및 유량 계측 처리 공정(단계(S76))은 도 26에 도시한 유속 분포 출력 공정(단계(S63)), 유속 제로라인 표시 공정(단계(S64)) 및 유속 계측 처리 공정(단계(S66))과 동일하다. 그리고, 유속 분포 출력 공정(단계(S74)), 유속 제로라인 표시 공정(단계(S75)) 및 유량 계측 처리 공정(단계(S76))이 완료되면 도플러식 초음파 유량계(10G)가 실시하는 초음파 유량 계측 순서는 완료된다.
한편, 유속 범위 전환 판단 공정(단계(S73))에서 음의 유속값이 존재하지 않은 경우(단계(S73))에서 “예”인 경우)에는 양음 판단 수단(106)은 유속 계측 범위의 전환을 유속 범위 자동 전환수단(107)에 요구한다. 그리고, 단계(S77)로 진행하여 단계(S77)에서 유속 계측 범위 전환 공정을 실시한다.
단계(S77)의 유속 계측 범위 전환 공정은 도 26에 도시한 유속 계측 범위 전 환 공정(단계(S67))과 동일하고, 이 단계(S77)의 유속 계측 범위 전환 공정에서 유속 범위 자동 전환 수단(107)이 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 전환한다. 유속 계측 범위 전환 공정(단계(S77))이 완료되면, 단계(S72)로 진행하여 단계(S72) 이후의 처리 공정을 실행한다.
이상, 본 실시형태에 따른 도플러식 초음파 유량계(10G), 도플러식 초음파 유량계(10G)를 이용한 유량 계측 방법 및 이 도플러식 초음파 유량계(10G)에 이용하는 유량 계측 프로그램에 의하면 필요에 따라서 계측할 수 있는 유속의 계측 가능 범위, 즉 유속 계측 범위를 2 배로 확대할 수 있다.
또, 도플러식 초음파 유량계(10G)의 유속 범위 자동 전환수단(107)은 양의 유속 범위에서 유속 계측 범위 2 배로 하고 있지만, 물론 음의 유속 범위의 유속 계측 범위를 2 배로 할 수도 있다. 음의 유속 범위에서 유속 계측 범위를 2 배로 하는 경우에 있어서, 양음 판단 수단(106)을 양의 값이 존재하지 않는다고 판단한 경우에 음의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 전환하도록 유속 범위 자동 전환 수단(107)에 요구하는 구성으로 하면 역류하는 유속에 대해서도 유속 계측 범위를 2 배로 확대할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 도 1에 도시한 도플러식 초음파 유량계(10)에서 컴퓨터(14)가 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41H)를 판독하여 실행하는 것으로 하드웨어인 Udflow 유닛(13) 및 컴퓨터(14)와 소프트웨어인 유량 계측 PG(41H)가 협동하여 도플러식 초음파 유량 계측(10G)로서 기능하도록 구성하고 있지만 도플러식 초음파 유량계(10) 대신에 도플러식 초음파 유량계(50) 또는 도플러식 초음 파 유량계(60)에 적용해도 좋다.
또, 도플러식 초음파 유량계(10G)는 유속 계측 범위 전환수단(101) 대신에 유속 범위 자동 전환 수단(107)을 구비하고 있지만, 유속 계측 범위 전환 수단(101) 및 유속 범위 자동 전환 수단(107)을 모두 구비하는 구성으로 해도 좋다. 이 경우, 계측자에 의한 수동 전환과 자동 전환의 2 종류를 준비한 도플러식 초음파 유량계(10G)를 제공할 수 있다.
또, 유속 범위 자동 전환수단(107)만을 구비하는 도플러식 초음파 유량계(10G)의 경우와, 유속 계측 범위 전환 수단(101) 및 유속 범위 자동 전환 수단(107)을 함께 구비하는 도플러식 초음파 유량계(10G)를 비교한 경우, 유속 계측 범위 전환수단(101) 및 유속 범위 자동 전환수단(107)을 모두 구비하는 도플러식 초음파 유량계(10G)의 경우, 계측자에게 있어 의도하지 않은 유속 계측 범위의 전환이 유속 범위 자동 전환 수단(107)에 의해 이루어졌다고 해도 수동 전환을 할 수 있으므로 이용하는데 편리한 경우를 생각할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계는 어떤 실시예에서도 피측정 유체(12)의 유속 분포를 일단 계측하므로 피측정 유체(12)의 유량을 계측하는 유량계로서 뿐만 아니라 피측정 유체(12)의 유속 분포를 계측하는 유속 분포계로서도 당연히 기능할 수 있다. 또, 유속 분포 및 유량 계측 결과의 표시는 예를 들면 도 9에 도시한 바와 같이 모두 표시되도록 해도 좋고, 각각 표시되도록 도플러식 초음파 유량계를 구성해도 좋다.
한편, 본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계(10)에 이용하는 유량 계측 PG(41)는 1개의 프로그램이 아니라 모든 순서를 컴퓨터(14)가 실행할 수 있으면 적절히 분할되어 있어도 관계없다.
또, 유량 계측 프로그램(4) 등의 프로그램은 기록 매체로 기억시켜 프로그램만을 제공할 수도 있다. 여기서, 「기록매체」라는 것은 그 자신에서는 공간을 점유할 수 없는 프로그램을 담지(擔持)할 수 있는 매체이고, 예를 들면 플렉시블 디스크, 하드 디스크, CD-ROM, MO(광자기 디스크), DVD-ROM, PD 등이다.
또, 컴퓨터(14)의 기록 수단(37)에 저장되는 유량 계측 PG(41) 등의 프로그램은 I/F 수단(40)과 전기 통신 회선을 통해 전기적으로 접속되는 다른 컴퓨터와의 사이에서 서로 전송하는 것이 가능하다. 따라서, 컴퓨터(14)로부터 다른 컴퓨터에 프로그램을 전송할 수도 있고, 프로그램을 저장하는 다른 컴퓨터로부터 그 프로그램을 프리인스톨, 또는 다운로드할 수도 있다.
본 발명에 따른 도플러식 초음파 유량계, 도플러식 초음파 유량계를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량계에 이용하는 유량 계측 프로그램에 의하면 유속 분포의 측정값에 편차가 생기는 경우에도 보다 적절한 유속 분포 계측 또는 유량 계측을 실시할 수 있는 도플러식 초음파 유량계, 도플러식 초음파 유량계를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량계에 이용하는 유량 계측 프로그램을 제공할 수 있다.
또, 측정 대상의 특성에 따라 조정해야 하는 최적값을 자동적으로 산출하여 사용할 수 있는 도플러식 초음파 유량계, 도플러식 초음파 유량계를 이용한 유량 계측 방법 및 상기 도플러식 초음파 유량계에 이용하는 유량 계측 프로그램을 제공할 수 있다.
또, 하드웨어의 제한에 관계없이 계측 가능한 범위를 종래 보다도 확대시킬 수 있는 도플러식 초음파 유량계, 도플러식 초음파 유량계를 이용한 유량 계측 방법 및 이 도플러식 초음파 유량계에 이용하는 유량 계측 프로그램을 제공할 수 있다.
[용어 설명]
「유량 계측 수단」은 유량을 “m(t)”로 할 때,
Figure 112004057097051-pct00004
단, ρ: 피측정 유체의 밀도
v(x·t) : 시간(t)의 속도 성분(x방향)
A : 피측정 유체가 통과하는 단면적(배관 횡단면적)
의 연산을 실시하는 수단이다.
또, 상기 수학식 2로부터 유체 배관을 흐르는 시간(t)의 유량(m(t))은 하기 수학식 3으로 개서할 수 있다.
Figure 112004057097051-pct00005
단, vx(r·θ·t) : 시간(t)의 배관 횡단면상의 중심에서 거리(r),
각도(θ)의 관축 방향의 속도 성분

Claims (29)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 미리 정해진 주파수의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 입사시키는 초음파 송신수단,
    피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 수단, 및
    상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 계측하는 유량 계측 수단을 구비하고,
    상기 유속 분포 계측 수단은 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 산출하는 유속 분포 산출 수단을 구비하며,
    상기 유속 분포 산출 수단은,
    유체 배관의 피측정 유체의 유속 분포를 산출하는 유속 분포 산출부,
    유체 배관의 중앙 위치를 구하는 중앙 위치 검출부,
    유속 분포를 산출할 때 사용하는 유체 배관 내의 영역을 상기 중앙 위치에서 2 분할한 분할 영역 단위로 선택하는 영역 선택부를 구비하고,
    상기 유속 분포 계측 수단은 상기 영역 선택부가 선택한 한쪽의 분할 영역을 유속 분포를 산출할 때 이용하여 연산하고, 유속 분포가 상기 중앙 위치에 대해 대칭인 것으로 간주하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포 계측을 실시하도록 구성한 것을 특징으로 하는 도플러식 초음파 유량계.
  6. 미리 정해진 주파수의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 입사시키는 초음파 송신수단,
    피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 수단, 및
    상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 계측하는 유량 계측 수단을 구비하고,
    상기 유속 분포 계측 수단은 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 산출하는 유속 분포 산출 수단을 구비하고,
    상기 유속 분포 산출 수단은,
    유체 배관의 피측정 유체의 유속 분포를 산출하는 유속 분포 산출부,
    유체 배관의 중앙 위치를 구하는 중앙 위치 검출부, 및
    유속 분포를 산출할 때 사용하는 유체 배관 내의 영역을 상기 중앙 위치에서 2 분할한 분할 영역 단위로 자동 선택하는 자동 영역 선택부를 구비하고,
    상기 유속 분포 계측 수단은 상기 자동 영역 선택부가 선택한 한쪽의 영역을 유속 분포를 산출할 때 이용하여 연산하고, 유속 분포가 상기 중앙 위치에 대해 대칭이라고 하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포의 계측을 실시하도록 구성한 것을 특징으로 하는 도플러식 초음파 유량계.
  7. 발진 주파수(f0)에서 발진한 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 각도(α)로 입사시키는 초음파 송신수단,
    상기 피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 반복(pulse repetition) 주파수(fPRF)의 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 측정하는 유속 분포 계측 수단,
    상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 연산하는 유량 계측 수단, 및
    측정 대상의 특성에 따라 조정해야 하는 최적값을 자동적으로 산출하고 재설정하는 최적값 산출수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 도플러식 초음파 유량계.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 최적값 산출 수단은,
    유체 배관의 관 내부직경(Di), 피측정 유체내에서의 초음파 속도(Cw) 및 초음파 펄스의 입사각(α)을 입력하는 데이터 입력부,
    상기 유속 분포 계측 수단으로부터 최대 유속(V)을 산출하는 최대 유속 산출부,
    산출한 최대 유속(V)을 피측정 유체내에서의 초음파 속도(Cw)로 나눈 정규화된 속도(normalized speed)(V0)를 산출하는 정규화된 속도 산출부,
    반복 주파수(fPRF)를 발진 주파수(f0)로 나누어 정규화된 주파수(normalized frequency)(F0)를 산출하는 정규화된 주파수 산출부, 및
    상기 발진주파수(f0)를 산출된 정규화된 속도(V0)와 정규화된 주파수(F0)가,
    F0≥4V0·sinα
    및
    fPRF≤Cw/2Di
    를 만족하는 발진 주파수로 재설정하는 주파수 설정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 도플러식 초음파 유량계.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 최적값 산출 수단은,
    유체 배관의 관 내부직경(Di), 피측정 유체내에서의 초음파 속도(Cw) 및 초음파 펄스의 입사각(α)을 입력하는 데이터 입력부,
    상기 유속 분포 계측 수단으로부터 최대 유속(V)을 산출하는 최대 유속 산출부,
    산출한 최대 유속(V)을 피측정 유체내에서의 초음파 속도(Cw)로 나누어 정규화된 속도(V0)을 산출하는 정규화된 속도 산출부,
    반복 주파수(fPRF)를 발진 주파수(f0)로 나누어 정규화된 주파수(F0)을 산출하는 정규화된 주파수 산출부, 및
    상기 초음파 펄스의 입사각(α)을 산출된 정규화된 속도(V0)와 정규화된 주파수(F0)가,
    F0≥4V0·sinα
    및
    fPRF≤Cw/2Di
    를 만족하는 입사 각도로 재설정하는 입사각도 설정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 도플러식 초음파 유량계.
  10. 미리 정해진 주파수의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 입사시키는 초음파 송신수단,
    피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 측정하는 유속 분포 계측 수단,
    상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 연산하는 유량 계측 수단,
    초음파 펄스의 주파수 및 속도로 최소 채널 거리를 연산하는 채널 거리 연산수단,
    연산된 최소 채널 거리로부터 계측 가능 범위를 표시하는 계측 가능 범위 표시수단,
    최소 채널 거리를 정수배하는지 여부의 변경·결정이 입력되면 입력된 내용에 따른 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정을 실시하는 채널 거리 변경 결정수단을 구비하며,
    상기 유속 분포 계측 수단은 결정된 채널 거리를 이용하여 유속 분포를 계측하도록 구성한 것을 특징으로 하는 도플러식 초음파 유량계.
  11. 미리 정해진 주파수의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 입사시키는 초음파 송신수단,
    피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 측정하는 유속 분포 계측 수단,
    상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 연산하는 유량 계측 수단,
    초음파 펄스의 주파수 및 속도로 최소 채널 거리를 연산하는 채널 거리 연산수단, 및
    피측정 유체의 유체 배관의 관 내부직경 등의 데이터를 입력하고, 계측 가능 범위와의 관계에 필요한 경우에는 최소 채널 거리를 정수배하는지 여부의 변경·결정을 자동적으로 실시하는 채널 거리 자동 변경 결정수단을 구비하며,
    상기 유속 분포 계측 수단은 결정된 채널 거리를 이용하여 유속 분포를 계측하도록 구성한 것을 특징으로 하는 도플러식 초음파 유량계.
  12. 미리 정해진 주파수의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 입사시키는 초음파 송신수단,
    피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 측정하는 유속 분포 계측 수단,
    상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 연산하는 유량 계측 수단,
    측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포와 측정선의 거리 방향과의 관계를 화면에 출력시키는 유속 분포 출력 수단,
    상기 유속 분포 출력수단이 출력한 유속 분포에 대해 유속의 제로점을 연속적으로 표시하는 유속 제로점 표시수단,
    선택에 의해 유속 분포 계측 수단에 대해 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 하는 유속 계측 범위 전환수단을 구비하며,
    상기 유속 계측 범위 전환수단에 유속 계측 범위의 전환 요구가 입력된 경우에는 상기 유속 분포 출력 수단은 양의 유속 분포만을 출력하고, 또
    상기 유속 분포 계측 수단은 2 배가 된 측정 가능 속도 범위에 기초하여 유속 분포를 측정하도록 구성한 것을 특징으로 하는 도플러식 초음파 유량계.
  13. 미리 정해진 주파수의 초음파 펄스를 초음파 트랜스듀서로부터 측정선을 따라서 유체 배관 내의 피측정 유체로 입사시키는 초음파 송신수단,
    피측정 유체에 입사된 초음파 펄스 중 측정 영역에서 반사된 초음파 에코를 수신하고, 측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포를 측정하는 유속 분포 계측 수단,
    상기 피측정 유체의 유속 분포에 기초하여 상기 측정 영역의 피측정 유체의 유량을 연산하는 유량 계측 수단,
    측정 영역의 피측정 유체의 유속 분포에 음의 값이 존재하는지 여부를 판단하는 양음 판단 수단, 및
    음의 값이 존재하지 않다고 판단된 경우에, 상기 유속 분포 계측 수단에 대해 양의 유속의 측정 범위를 2 배로 하는 유속 계측 범위 전환수단을 구비하며,
    유속 분포 계측수단은 2 배가 된 측정 가능 속도 범위에 기초하여 유속 분포를 측정하도록 구성한 것을 특징으로 하는 도플러식 초음파 유량계.
  14. 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    상기 피측정 유체의 온도 분포 데이터를 추가로 연산처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하며,
    상기 유속 분포 계측 처리 공정은,
    상기 반사체의 속도 분포를 연산 처리하여 상기 피측정 유체의 유속 분포 데이터 및 유체 배관의 중앙 위치 데이터를 산출하는 유속 분포 산출 단계,
    상기 유속 분포 산출 단계에서 얻어진 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터를 표시 수단에 표시시키기 위해 출력하는 유속 분포 데이터 출력 단계, 및
    상기 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군의 선택을 실시하라는 요구가 있는 경우, 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군을 유체 배관의 중앙 위치에서 2 분할되는 분할 영역을 지정하여 선택하는 영역 지정 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량 계측 방법.
  15. 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하며,
    상기 유속 분포 계측 처리 공정은,
    상기 반사체의 속도 분포를 연산 처리하여 상기 피측정 유체의 유속 분포 데이터 및 유체 배관의 중앙 위치 데이터를 산출하는 유속 분포 산출 단계,
    반사체군을 사용하여 상기 유속 분포를 산출하는 영역으로서, 유체 배관의 중앙 위치에서 2 분할되는 분할 영역을 자동 선택하는 자동 영역 선택 단계, 및
    유속 분포 산출 단계 및 자동 영역 선택 단계에서 얻어진 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터를 표시 수단에 표시시키기 위해 출력하는 유속 분포 데이터 출력 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량 계측 방법.
  16. 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 최적값을 산출하는 최적값 설정 공정, 및
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하고,
    상기 반사체군 속도 산출 공정은 측정 개시시의 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 초기값을 인식하는 초기값 인식 단계와, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 단계를 구비하며,
    상기 최적값 설정 공정은,
    F0≥4V0·sinα
    및
    fPRF≤Cw/2Di
    를 만족하는 발진 주파수(f1)을 재설정하는 발진 주파수 재설정 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량 계측 방법.
  17. 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터에서 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 최적값을 산출하는 최적값 설정 공정,
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측 하는 유량 계측 처리 공정을 구비하고,
    상기 반사체군 속도 산출 공정은 측정 개시시의 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 초기값을 인식하는 초기값 인식 단계와, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 단계를 구비하며,
    상기 최적값 설정 공정은,
    F0≥4V0·sinα
    및
    fPRF≤Cw/2Di
    를 만족하는 입사 각도(α1)를 재설정하는 입사각도 재설정 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량 계측 방법.
  18. 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    초음파 펄스의 주파수 및 속도로 최소 채널 거리를 연산하는 채널 거리 연산 공정,
    연산된 최소 채널 거리로부터 계측 가능 범위 및 채널 거리를 정수배할지 여 부를 표시하는 계측 가능 범위 표시 공정,
    최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정이 입력되면 입력된 내용에 따른 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정을 실시하는 채널 거리 변경 공정, 및
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 기초로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량 계측 방법.
  19. 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    초음파 펄스의 주파수 및 속도로 최소 채널 거리를 연산하는 채널 거리 연산 공정,
    연산된 최소 채널 거리로부터 계측 가능 범위를 산출하는 계측 가능 범위 산출 공정,
    상기 계측 가능 범위 산출 공정에서 산출된 계측 가능 범위에서 채널 거리 자동 변경 결정 수단이 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정을 판단하여 자동적으로 채널 거리의 변경을 실시하는 채널 거리 변경 공정, 및
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량 계측 방법.
  20. 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    피측정 유체의 유속 분포와 측정선(ML)의 거리 방향의 관계를 화면에 출력하는 유속 분포 출력 공정,
    상기 유속 분포 출력 공정으로 화면에 출력된 유속 분포에 대해 유속 제로라인을 겹쳐 표시하는 유속 제로라인 표시 공정,
    유속 계측 범위의 전환을 실시할지 여부의 확인을 실시하는 유속 계측 범위 전환 확인 공정,
    상기 유속 계측 범위 전환 확인 공정에서 유속 계측 범위의 전환 요구가 있는 경우에 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 하는 유속 계측 범위 전환 공정,
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량 계측 방법.
  21. 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로부터 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    유속 계측 범위의 전환을 실시할지 여부를 판단하는 유속 범위 전환 공정,
    피측정 유체의 유속 분포와 측정선(ML)의 거리 방향의 관계를 화면에 출력하는 유속 분포 출력 공정,
    상기 유속 분포 출력 공정으로 화면에 출력된 유속 분포에 대해 유속 제로라인을 겹쳐 표시하는 유속 제로라인 표시 공정,
    상기 유속 계측 범위 전환 확인 공정에서 유속 계측 범위의 전환 요구가 있는 경우에 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 하는 유속 계측 범위 전환 공정, 및
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량 계측 방법.
  22. 초음파 유량계에 이용되는 프로그램을 기록한 기억매체에 있어서,
    피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하고,
    상기 유속 분포 계측 처리 공정은,
    상기 반사체의 속도 분포를 연산 처리하여 상기 피측정 유체의 유속 분포 데이터 및 유체 배관의 중앙 위치 데이터를 산출하는 유속 분포 산출 단계,
    상기 유속 분포 산출 단계에서 얻어진 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터를 표시 수단에 표시시키기 위해 출력하는 유속 분포 데이터 출력 단계,
    상기 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군의 선택을 실시하라는 요구가 있는 경우, 유속 분포를 산출할 때 사용하는 반사체군을 유체 배관의 중앙 위치에서 2 분할되는 분할 영역을 지정하여 선택하는 영역 지정 단계를 구비하며,
    상기 반사체군 속도 처리 공정과, 유속 분포 계측 처리 공정과, 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기억매체.
  23. 초음파 유량계에 이용되는 프로그램을 기록한 기억매체에 있어서,
    피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하고,
    상기 유속 분포 계측 처리 공정은,
    상기 반사체의 속도 분포를 연산 처리하여 상기 피측정 유체의 유속 분포 데이터 및 유체 배관의 중앙 위치 데이터를 산출하는 유속 분포 산출 단계,
    반사체군을 사용하여 상기 유속 분포를 산출하는 영역으로서, 유체 배관의 중앙 위치에서 2 분할되는 분할 영역을 자동 선택하는 자동 영역 선택 단계, 및
    유속 분포 산출 단계 및 자동 영역 선택 단계에서 얻어진 유속 분포 데이터 및 중앙 위치 데이터를 표시 수단에 표시시키기 위해 출력하는 유속 분포 데이터 출력 단계를 구비하며,
    상기 반사체군 속도 산출 공정과, 유속 분포 계측 처리 공정과, 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기억매체.
  24. 초음파 유량계에 이용되는 프로그램을 기록한 기억매체에 있어서,
    피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터에서 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 최적값을 산출하는 최적값 설정 공정,
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하고,
    상기 반사체군 속도 산출 공정은 측정 개시 시의 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 초기값을 인식하는 초기값 인식 단계와, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 단계를 구비하며,
    상기 최적값 설정 공정은,
    F0≥4V0·sinα
    및
    fPRF≤Cw/2Di
    를 만족하는 입사 각도(f1)를 재설정하는 발진 주파수 재설정 단계를 구비하며,
    상기 반사체군 속도 산출 공정과, 유속 분포 계측 처리 공정과, 최적값 설정 공정과, 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기억매체.
  25. 초음파 유량계에 이용되는 프로그램을 기록한 기억매체에 있어서,
    피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터에서 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 최적값을 산출하는 최적값 설정 공정,
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 구비하며,
    상기 반사체군 속도 산출 공정은 측정 개시 시의 기본 주파수(f0), 반복 주파수(fPRF) 및 입사각(α)의 초기값을 인식하는 초기값 인식 단계와, 피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 단계를 구비하며,
    상기 최적값 설정 공정은,
    F0≥4V0·sinα
    및
    fPRF≤Cw/2Di
    를 만족하는 입사 각도(α1)를 재설정하는 입사 각도 재설정 단계를 구비하며,
    상기 반사체군 속도 산출 공정과, 유속 분포 계측 처리 공정과, 최적값 설정 공정과, 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기억매체.
  26. 초음파 유량계에 이용되는 프로그램을 기록한 기억매체에 있어서,
    피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로부터 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    초음파 펄스의 주파수 및 속도로 최소 채널 거리를 연산하는 채널 거리 연산 공정,
    연산된 최소 채널 거리로부터 계측 가능 범위 및 채널 거리를 정수배할지 여부를 표시하는 계측 가능 범위 표시 공정,
    최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정이 입력되면 입력된 내용에 따른 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정을 실시하는 채널 거리 변경 공정, 및
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기억매체.
  27. 초음파 유량계에 이용되는 프로그램을 기록한 기억매체에 있어서,
    피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정으로 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    초음파 펄스의 주파수 및 속도로 최소 채널 거리를 연산하는 채널 거리 연산 공정,
    연산된 최소 채널 거리로부터 계측 가능 범위를 산출하는 계측 가능 범위 산출 공정,
    상기 계측 가능 범위 산출 공정에서 산출된 계측 가능 범위에서 채널 거리 자동 변경 결정수단이 최소 채널 거리를 정수배할지 여부의 변경·결정을 판단하여 자동적으로 채널 거리의 변경을 실시하는 채널 거리 변경 공정,
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기억매체.
  28. 초음파 유량계에 이용되는 프로그램을 기록한 기억매체에 있어서,
    피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정에서 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로부터 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    피측정 유체의 유속 분포와 측정선(ML)의 거리 방향의 관계를 화면에 출력하는 유속 분포 출력 공정,
    상기 유속 분포 출력 공정에서 화면에 출력된 유속 분포에 대해 유속 제로라인을 겹쳐 표시하는 유속 제로라인 표시 공정,
    유속 계측 범위의 전환을 실시할지 여부의 확인을 실시하는 유속 계측 범위 전환 확인 공정,
    상기 유속 계측 범위 전환 확인 공정에서 유속 계측 범위의 전환 요구가 있는 경우에 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 하는 유속 계측 범위 전환 공정,
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기억매체.
  29. 초음파 유량계에 이용되는 프로그램을 기록한 기억매체에 있어서,
    피측정 유체에 초음파 펄스를 입사시키고, 초음파 에코를 수신하여 상기 피측정 유체에 다수 혼재하는 반사체군의 속도를 산출하는 반사체군 속도 산출 공정,
    상기 반사체군 속도 산출 공정에서 얻어진 상기 반사체의 속도 분포 데이터로부터 상기 피측정 유체의 유속 분포를 계측하는 유속 분포 계측 처리 공정,
    유속 계측 범위의 전환을 실시할지 여부를 판단하는 유속 범위 전환 판단 공정,
    피측정 유체의 유속 분포와 측정선(ML)의 거리 방향의 관계를 화면에 출력하는 유속 분포 출력 공정,
    상기 유속 분포 출력 공정에서 화면에 출력된 유속 분포에 대해 유속 제로라인을 겹쳐 표시하는 유속 제로라인 표시 공정,
    상기 유속 계측 범위 전환 공정에서 유속 계측 범위의 전환 요구가 있는 경우에 양의 유속의 유속 계측 범위를 2 배로 하는 유속 계측 범위 전환 공정, 및
    상기 피측정 유체의 속도 분포 데이터를 추가로 연산 처리하여 유량을 계측하는 유량 계측 처리 공정을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기억매체.
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