KR102212129B1 - Water meter assembly and compensation system for water meter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수도 사용량을 파악하는 기술에 관한 것으로, 특히 초음파를 이용한 디지털 수도 미터 조립체 및 수도 미터를 통한 초음파 신호에서 검출되는 편차를 보정하는 수도 미터 보정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for determining the amount of water used, and more particularly, to a digital water meter assembly using ultrasonic waves and a water meter correction system for correcting a deviation detected in an ultrasonic signal through the water meter.
과거에 가정 내의 수도나 가스 사용량을 파악하기 위해 수도 검침원이나 가스 검침원들이 가가호호 방문하여 각 가정에 딸린 수도 계량기 내지 가스 계량기의 수치를 확인하고 이를 수기로 기록하였다. 통신 기술의 발전에 따라 각 가정에서 사용하는 수도, 가스, 전기 등 다양한 자원 소모량을 원격으로 검침하는 기술이 보급되고 있다.In the past, water meter readers or gas meter readers visited Kagahoho to determine the amount of water or gas used in the home, and they checked the values of the water meter or gas meter attached to each home and recorded it manually. With the development of communication technology, a technology that remotely monitors the consumption of various resources such as water, gas, electricity, etc. used in each home has been spreading.
그런데, 이러한 원격 검침을 실현하기 위해서는 현장에서 측정된 검침 데이터가 전자화된 디지털 데이터로 가공되어 원격지의 서버 내지 중앙 관리소 등으로 전송되어야 한다. 문제는 과거에 국내의 많은 장소에 설치된 수도 계량기는 프로펠러가 내장된 아날로그 방식의 검침기로서 그 검침값이 디지털 데이터가 아니라는 점이다. 또한, 현장에서의 기술 도입에 소요되는 비용이나 노후화된 장비와의 연계로 인해 아직까지 전면적인 검침 장치의 교체가 이루어지지 않고 있으며, 아날로그 방식의 검침기에 디지털 처리기를 연결하여 측정값만을 전자화된 데이터로 가공하여 전송하는 등의 부분적인 장비 개선이 진행되고 있는 실정이다. 이하에 제시된 선행기술문헌에는 프로펠러식 아날로그 수도 계량기에 부착하여 순간 유량을 계측하여 디지털 검침 데이터를 얻을 수 있는 기술적 수단이 소개되어 있다.However, in order to realize such a remote meter reading, the meter reading data measured in the field must be processed into electronic digital data and transmitted to a remote server or a central management office. The problem is that water meters installed in many places in Korea in the past are analog type meter readers with built-in propellers, and their meter reading values are not digital data. In addition, due to the cost of introducing technology in the field or connection with obsolete equipment, the entire meter reading device has not yet been replaced, and only the measured value is electronically converted by connecting a digital processor to an analog meter reader. Partial equipment improvements such as processing and transmission are in progress. In the prior art document presented below, a technical means for obtaining digital meter reading data by measuring an instantaneous flow rate by attaching to a propeller-type analog water meter is introduced.
그럼에도 불구하고, 여전히 수도 사용량(유량)을 계측하는 기구 부분은 아날로그 방식에 따르고 있어 온도나 날씨의 영향을 직접적으로 받고 있으며, 또한 노후화된 수도 배관으로 인해 프로펠러 구동부에 이상이 발생하는 경우가 종종 발생하고 있다.Nevertheless, the part that measures the water consumption (flow rate) still follows the analog method, so it is directly affected by temperature or weather, and there are often cases where an abnormality occurs in the propeller drive part due to aging water pipes. Are doing.
따라서, 아날로그 구동부에 디지털 연산 수단을 부착한 임시 방편이 아니라, 고장이나 오류에 강인하고 원격 검침에 즉시 활용이 가능한 디지털 수도 계량기의 개발이 요구된다.Therefore, there is a need to develop a digital water meter that is resistant to failures or errors and can be used immediately for remote meter reading, rather than a temporary measure of attaching a digital calculation means to the analog drive unit.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 종래의 아날로그 방식의 수도 계량기가 날씨 등 환경적인 요인에 취약하고 원격 검침을 위한 디지털 검침 정보를 직접 생성하지 못한다는 한계를 극복하고, 최근 등장하고 있는 디지털 방식의 수도 계량기의 경우에도 유량 측정을 위한 내부 구조가 이물 축적에 취약하다는 문제를 해결하며, 초음파 변환자를 활용한 유량계 제작 과정에서 나타나는 기구별 측정 오차 내지 편차를 해소하고자 한다.The technical problem to be solved by the present invention is to overcome the limitation that conventional analog water meters are vulnerable to environmental factors such as weather and cannot directly generate digital meter reading information for remote meter reading, and a digital method that has recently appeared. Even in the case of a water meter, it solves the problem that the internal structure for measuring the flow rate is vulnerable to accumulation of foreign matter, and tries to solve the measurement error or deviation for each device that occurs in the process of manufacturing a flow meter using an ultrasonic transducer.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수도 미터 조립체는, 수도 배관으로부터 물이 유입되어 흘러가는 수도 배관 연결부; 및 상기 수도 배관 연결부에 결합된 접합면을 통해 노출된 2개의 초음파 변환자(transducer)를 이용하여 상기 수도 배관 연결부를 통해 흐르는 물의 유량을 측정하는 수도 미터 회로부;를 포함한다.In order to solve the above technical problem, a water meter assembly according to an embodiment of the present invention includes: a water pipe connection part through which water flows from a water pipe; And a water meter circuit part measuring the flow rate of water flowing through the water pipe connection part using two ultrasonic transducers exposed through a joint surface coupled to the water pipe connection part.
일 실시예에 따른 수도 미터 조립체에서, 상기 수도 배관 연결부는, 상기 수도 미터 회로부와의 접합면을 통해 내측으로 삽입되어 노출된 2개의 초음파 변환자의 대향면이 서로 비스듬한 각도로 마주보도록 기울여져 형성되고, 상기 2개의 초음파 변환자의 사이에서 내측 벽면에 밀착하여 3개의 반사판(reflector)이 유입된 물의 흐름을 가로질러 번갈아가며 부착됨으로써, 상기 접합면을 통해 노출된 하나의 초음파 변환자의 일단으로부터 송신된 초음파 신호를 상기 3개의 반사판을 경유하여 다른 하나의 초음파 변환자의 일단에 전달하는 'W' 형태의 반사 경로를 형성할 수 있다.In the water meter assembly according to an embodiment, the water pipe connection part is formed by being inclined so that opposite surfaces of the two ultrasonic transducers exposed by being inserted inward through the junction surface with the water meter circuit part face each other at an oblique angle, , The ultrasonic waves transmitted from one end of the ultrasonic transducer exposed through the bonding surface by alternately attaching three reflectors across the flow of water in close contact with the inner wall surface between the two ultrasonic transducers. It is possible to form a'W'-shaped reflection path that transmits a signal to one end of the other ultrasonic transducer through the three reflecting plates.
일 실시예에 따른 수도 미터 조립체에서, 상기 수도 미터 회로부는, 제 1 초음파 변환자를 초음파 신호의 송신기로서 동작시키고 제 2 초음파 변환자를 상기 초음파 신호에 따른 반사 신호의 수신기로서 동작시킴으로써 상기 수도 배관 연결부 내의 반사 경로를 통해 순방향 초음파 도달 시간을 측정하고, 상기 제 2 초음파 변환자를 초음파 송신기로서 동작시키고 상기 제 1 초음파 변환자를 상기 초음파 신호에 따른 반사 신호의 수신기로서 동작시킴으로써 상기 반사 경로를 통해 역방향 초음파 도달 시간을 측정하며, 측정된 상기 순방향 초음파 도달 시간과 상기 역방향 초음파 도달 시간 사이의 차이를 이용하여 유량을 측정할 수 있다. 나아가, 상기 수도 미터 회로부는, 유속 및 단면적의 곱으로부터 상기 유량을 산출하되, 초음파의 음속, 상기 순방향과 역방향 초음파 도달 시간 및 차이를 이용하여 상기 유량을 결정할 수 있다.In the water meter assembly according to an embodiment, the water meter circuit unit operates a first ultrasonic transducer as a transmitter of an ultrasonic signal and a second ultrasonic transducer as a receiver of a reflected signal according to the ultrasonic signal. By measuring a forward ultrasonic arrival time through a reflection path, operating the second ultrasonic transducer as an ultrasonic transmitter, and operating the first ultrasonic transducer as a receiver of a reflected signal according to the ultrasonic signal, the reverse ultrasonic arrival time through the reflection path Is measured, and the flow rate may be measured using the difference between the measured forward ultrasonic arrival time and the reverse ultrasonic arrival time. Further, the water meter circuit unit calculates the flow rate from the product of the flow velocity and the cross-sectional area, and may determine the flow rate by using the sound velocity of the ultrasonic wave, the arrival time of the forward and reverse ultrasonic waves, and a difference.
일 실시예에 따른 수도 미터 조립체에서, 상기 수도 배관 연결부는, 내측으로 슬러지(sludge)의 누적이 최소화되도록 물이 직진하여 통과하는 홀(hole) 구조가 형성되고, 물이 유입되는 입구 및 물이 유출되는 출구에 각각 물의 흐름 방향으로 분리막(seperator)를 형성함으로써 유입된 물로 하여금 상기 접합면을 통해 노출된 2개의 초음파 변환자와의 접촉을 유도할 수 있다.In the water meter assembly according to an embodiment, the water pipe connection part has a hole structure through which water passes straight so that accumulation of sludge is minimized, and an inlet through which water flows and water is Separators are formed at the outlet outlets in the flow direction of water, so that the introduced water can induce contact with the two ultrasonic transducers exposed through the bonding surface.
일 실시예에 따른 수도 미터 조립체에서, 상기 수도 배관 연결부는, 물이 유입되는 입구 및 물이 유출되는 출구 영역이 중앙 영역에 비해 상대적으로 더 넓은 단면을 형성함으로써 유속을 증가시키고 압력 손실을 보상할 수 있다.In the water meter assembly according to an embodiment, the water pipe connection portion increases the flow rate and compensates for pressure loss by forming a relatively wider cross-section than a central region in an inlet through which water flows in and an outlet region through which water flows out. I can.
일 실시예에 따른 수도 미터 조립체에서, 상기 수도 미터 회로부는, 건식 구조로서 일체 형성되어 밀폐되고, 상기 수도 배관 연결부와의 접합면을 통해 실링(sealing) 처리된 초음파 변환자의 일단만이 노출됨으로써, 수도 배관 내의 물과 완전히 분리될 수 있다.In the water meter assembly according to an embodiment, the water meter circuit part is integrally formed as a dry structure and sealed, and only one end of the ultrasonic transducer subjected to sealing through the joint surface with the water pipe connection part is exposed, It can be completely separated from the water in the water pipe.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수도 미터 보정 시스템은, 수도 배관으로부터 물이 유입되어 흘러가는 수도 배관 연결부; 상기 수도 배관 연결부에 결합된 접합면을 통해 노출된 2개의 초음파 변환자(transducer)를 이용하여 상기 수도 배관 연결부를 통해 흐르는 물의 유량을 측정하는 수도 미터 회로부; 및 상기 수도 미터 회로부와 전기적으로 연결되어 상기 초음파 변환자를 제어하여 초음파 신호의 특성에 관한 인자를 변화시킴으로써 기구적 편차를 최소화하는 보정값을 도출하여 상기 초음파 변환자에 적용하는 신호 보정부;를 포함한다.In order to solve the above technical problem, a water meter correction system according to another embodiment of the present invention includes: a water pipe connection part through which water flows from a water pipe; A water meter circuit part measuring a flow rate of water flowing through the water pipe connection part by using two ultrasonic transducers exposed through a joint surface coupled to the water pipe connection part; And a signal correction unit that is electrically connected to the water meter circuit unit and controls the ultrasonic transducer to derive a correction value that minimizes mechanical deviation by changing a factor related to the characteristics of the ultrasonic signal and applies it to the ultrasonic transducer. do.
다른 실시예에 따른 수도 미터 보정 시스템에서, 상기 신호 보정부는, 주파수 스윕(sweep) 대역, 단계별 주파수 변화 크기(level), 및 스윕 횟수를 설정하고, 설정에 따라 상기 초음파 변환자를 제어하여 스윕별로 초음파 신호의 검출값을 저장하며, 물의 흐름과 동일한 방향으로 초음파 신호를 검출한 업-스트림(up-stream) 신호 및 물의 흐름과 상반된 방향으로 초음파 신호를 검출한 다운-스트림(down-stream) 신호의 편차가 작고 진폭이 가장 크도록 상기 초음파 변환자에 대한 제어 인자를 도출하여 보정값으로 설정할 수 있다.In the water meter correction system according to another embodiment, the signal correction unit sets a frequency sweep band, a frequency change level by step, and a number of sweeps, and controls the ultrasonic transducer according to the setting to control the ultrasonic wave for each sweep. The detection value of the signal is stored, and the up-stream signal that detects the ultrasonic signal in the same direction as the water flow and the down-stream signal that detects the ultrasonic signal in the opposite direction to the water flow. A control factor for the ultrasonic transducer may be derived and set as a correction value so that the deviation is small and the amplitude is largest.
또한, 다른 실시예에 따른 수도 미터 보정 시스템에서, 상기 수도 배관 연결부는, 상기 수도 미터 회로부와의 접합면을 통해 내측으로 삽입되어 노출된 2개의 초음파 변환자의 대향면이 서로 비스듬한 각도로 마주보도록 기울여져 형성되고, 상기 2개의 초음파 변환자의 사이에서 내측 벽면에 밀착하여 3개의 반사판(reflector)이 유입된 물의 흐름을 가로질러 번갈아가며 부착됨으로써, 상기 접합면을 통해 노출된 하나의 초음파 변환자의 일단으로부터 송신된 초음파 신호를 상기 3개의 반사판을 경유하여 다른 하나의 초음파 변환자의 일단에 전달하는 'W' 형태의 반사 경로를 형성하며, 상기 수도 미터 회로부는, 상기 신호 보정부의 제어에 따라 제 1 초음파 변환자를 초음파 신호의 송신기로서 동작시키고 제 2 초음파 변환자를 상기 초음파 신호에 따른 반사 신호의 수신기로서 동작시킴으로써 상기 수도 배관 연결부 내의 반사 경로를 통해 업-스트림 신호를 검출하고, 상기 제 2 초음파 변환자를 초음파 송신기로서 동작시키고 상기 제 1 초음파 변환자를 상기 초음파 신호에 따른 반사 신호의 수신기로서 동작시킴으로써 상기 반사 경로를 통해 다운-스트림 신호를 검출할 수 있다.In addition, in the water meter correction system according to another embodiment, the water pipe connection part is inclined so that the opposite surfaces of the two ultrasonic transducers exposed by being inserted inward through the junction surface with the water meter circuit part face each other at an oblique angle. Is formed in close contact with the inner wall surface between the two ultrasonic transducers, and three reflectors are alternately attached across the flow of the inflowed water, from one end of the one ultrasonic transducer exposed through the bonding surface. A reflection path in the form of a'W' that transmits the transmitted ultrasonic signals to one end of another ultrasonic transducer via the three reflectors, and the water meter circuit unit comprises a first ultrasonic wave according to the control of the signal correction unit. By operating a transducer as a transmitter of an ultrasonic signal and a second ultrasonic transducer as a receiver of a reflected signal according to the ultrasonic signal, an upstream signal is detected through a reflection path in the water pipe connection part, and the second ultrasonic transducer is ultrasonicated. By operating as a transmitter and operating the first ultrasonic transducer as a receiver of a reflected signal according to the ultrasonic signal, a downstream signal may be detected through the reflection path.
본 발명의 실시예들은, 2개의 초음파 변환자와 내측 벽면에 밀착한 3개의 반사판을 통해 'W' 형태의 초음파 전달 경로를 형성함으로써 기구적 구동 부위를 배제함과 동시에 환경적인 요인에 강인하며 보다 정확한 유량 측정이 가능하고, 물의 흐름을 원활하게 통제하는 구조를 도입하여 이물 축적에 의한 성능 저하를 방지함과 동시에 와류 및 기포의 발생을 억제하며, 초음파 수도 검출기 제작 상에서 발생할 수 있는 측정의 오차 내지 편차를 초음파 신호 센싱 보정 수단을 통해 보완함으로써 높은 신뢰도를 보장할 수 있다.Embodiments of the present invention, by forming an ultrasonic transmission path in the form of'W' through two ultrasonic transducers and three reflectors in close contact with the inner wall, excluding mechanical driving parts and at the same time being more robust against environmental factors. Accurate flow measurement is possible and the introduction of a structure that smoothly controls the flow of water prevents performance degradation due to accumulation of foreign substances, while suppressing the generation of eddy currents and air bubbles, and measuring errors that may occur during the manufacture of ultrasonic water detectors. High reliability can be guaranteed by compensating for the deviation through the ultrasonic signal sensing correction means.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명이 속하는 기술 분야에서 활용될 수 있는 기계식 수도 계량기 및 초음파 수도 계량기를 예시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수도 미터 조립체의 사시도 및 분해 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 수도 미터 조립체의 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 구조에서 유량을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수도 미터 조립체의 수도 배관 삽입 부재의 단면을 예시한 도면이다.
도 6은 반사판의 구조 및 위치에 따른 유체 해석을 비교한 도면이다.
도 7은 반사판의 구조 및 위치에 따른 이물 퇴적 영향도의 가속 시험 결과를 예시한 도면이다.
도 8은 이물 시험 전후의 초음파 신호 분석 결과를 비교한 도면이다.
도 9는 이물 시험에 따른 오차율 분석 결과를 예시한 그래프이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수도 미터 보정 시스템을 이용한 편차 보정 과정을 설명하기 위한 도면이다.1A and 1B are diagrams each illustrating a mechanical water meter and an ultrasonic water meter that can be used in the technical field to which the present invention belongs.
2 and 3 are perspective and exploded perspective views of a water meter assembly according to an embodiment of the present invention.
4A is a cross-sectional view of a water meter assembly according to an embodiment of the present invention.
4B is a diagram illustrating a method of measuring a flow rate in the structure of FIG. 4A.
5 is a diagram illustrating a cross section of a water pipe insertion member of a water meter assembly according to an embodiment of the present invention.
6 is a view comparing fluid analysis according to the structure and position of a reflector.
7 is a diagram illustrating an acceleration test result of the degree of influence of foreign matter deposition according to the structure and position of a reflector.
8 is a view comparing the results of analysis of ultrasonic signals before and after a foreign body test.
9 is a graph illustrating an error rate analysis result according to a foreign material test.
10 to 13 are views for explaining a deviation correction process using a water meter correction system according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, in the following description and the accompanying drawings, detailed descriptions of known functions or configurations that may obscure the subject matter of the present invention will be omitted. In addition, throughout the specification, "including" a certain component means that other components may be further included, rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
또한, 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.Further, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "comprise" are intended to designate the existence of a set feature, number, step, action, component, part, or a combination thereof, but one or more other features or It is to be understood that the presence or addition of numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude the possibility of preliminary exclusion.
특별히 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms, including technical and scientific terms, used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. .
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명이 속하는 기술 분야에서 활용될 수 있는 기계식 수도 계량기 및 초음파 수도 계량기를 예시한 도면이다.1A and 1B are diagrams each illustrating a mechanical water meter and an ultrasonic water meter that can be used in the technical field to which the present invention belongs.
도 1a를 참조하면, 종래의 기계식 수도 계량기의 경우 수도 배관과 연결되어 유입되는 물을 프로펠러 구조물을 통해 회전시키고 회전수를 이용하여 유량을 측정하는 구조를 채택하였다. 이러한 구조로 인해 장기간 사용시 노후 배관으로 인해 이물이 축적/퇴적되거나 프로펠러 구조물의 회전/구동 부위가 손상되는 문제가 나타나게 되었다. 무엇보다도 근본적인 문제는 기계식 수도 계량기는 현대의 원격 수도 검침을 위한 디지털 검침 데이터의 생성이 용이하지 않다는 점이 문제점으로 지적되었다.Referring to FIG. 1A, in the case of a conventional mechanical water meter, a structure in which water flowing in by being connected to a water pipe is rotated through a propeller structure and a flow rate is measured using the number of rotations is adopted. Due to this structure, when used for a long period of time, foreign matter accumulates / accumulates due to aging piping, or the rotation/driving part of the propeller structure is damaged. Above all, the fundamental problem was pointed out that the mechanical water meter is not easy to generate digital meter reading data for the modern remote water meter reading.
한편, 상기된 문제점을 해결하기 위해 도 1b와 같이 초음파를 이용한 유량 검침을 고려할 수 있다. 도 1b에서는 2개의 초음파 변환자(tranducer)와 2개의 반사판를 이용하여 수도 배관 내의 유량을 측정하는 기술적 수단을 제시하였다. 이론적으로는 이러한 초음파 신호를 활용한 유량 측정이 원격 수도 검침의 목적에 부합하나, 실제 현장에서의 활용시 새로운 문제점이 발견되었다. 즉, 장기간 사용시 수도 배관으로부터 유입된 물이 흘러가는 내측 가운데에 노출된 반사판에 이물이 축적/퇴적되는 현상이 발견되었으며, 특히 물의 흐름과 반대 방향을 바라보는 반사판의 경우 초음파 신호를 반사해야하는 반사면에 쌓인 이물에 의해 초음파 신호에 대한 반사 신호에 노이즈가 발생하거나 진폭이 크게 감소하는 등의 신호 왜곡이 나타나게 되었다. 이는 단지 가옥 내의 수도 배관의 문제를 넘어서 해당 지역 전체에 공급되는 상수도 배관의 노후도와도 연관이 있다. 나아가, 내측으로 노출된 반사판은 물의 흐름을 방해하게 되는데 이로 인해 초음파 변환자를 통해 방사되는 초음파 신호 및 수신되는 반사 신호에 왜곡을 야기하게 된다. 특히, 반사판의 존재로 인해 발생하는 와류 및 기포(bubble)은 정확한 초음파 신호 측정에 직접적인 문제를 발생시킨다. 따라서, 상기된 바와 같은 현장에서의 다양한 환경 요인 및 신호 측정의 왜곡 발생 요인을 고려하여 배관 내의 구조가 개선된 디지털 방식의 수도 계량기의 개발이 요구된다.Meanwhile, in order to solve the above-described problem, a flow rate meter reading using ultrasonic waves as shown in FIG. 1B may be considered. In FIG. 1B, a technical means for measuring a flow rate in a water pipe using two ultrasonic transducers and two reflectors is presented. Theoretically, the flow measurement using this ultrasonic signal meets the purpose of remote water meter reading, but a new problem has been discovered when it is used in the actual field. That is, when used for a long period of time, foreign matter was accumulated/deposited on the exposed reflector in the center of the flowing water flowing from the water pipe, especially in the case of the reflector facing the direction opposite to the flow of water, the reflective surface that should reflect the ultrasonic signal. Signal distortion such as noise or a significant decrease in amplitude occurred in the reflected signal of the ultrasonic signal due to the foreign matter accumulated in the ultrasonic wave. This is not just the problem of the water pipe in the house, it is also related to the deterioration of the water supply pipe supplied to the entire area. Further, the reflector exposed to the inside interferes with the flow of water, which causes distortion in the ultrasonic signal radiated through the ultrasonic transducer and the received reflected signal. In particular, eddy currents and bubbles generated due to the presence of the reflector cause a direct problem in accurate ultrasonic signal measurement. Accordingly, there is a need to develop a digital water meter with an improved structure in a pipe in consideration of various environmental factors and distortion in signal measurement in the field as described above.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수도 미터 조립체(10)의 사시도 및 분해 사시도로서 상기된 문제 인식에 기반하여 안출된 기술적 수단을 제안한다. 수도 미터 조립체(10)는 크게 수도 배관 연결부(11)와 수도 미터 회로부(13)로 구성된다.2 and 3 are perspective and exploded perspective views of the
수도 배관 연결부(11)는 물이 유입되어 흘러가는 구성으로서 가정 내의 수도 배관에 연결될 수 있다. 종래의 기계식 수도 검침기가 내측에 삽입된 측정 기구로 인해 배관이 복잡한 형상으로 제작되었는데 반해, 본 발명의 실시예들이 제안하는 수도 배관 연결부(11)는 물이 별다른 저항없이 흘러갈 수 있는 통상적인 수도관의 형상으로 제작된다.The water
수도 미터 회로부(13)는, 상기 수도 배관 연결부(11)에 결합되어 초음파 변환자(transducer)(15A, 15B)를 통해 수도 배관을 통해 흐르는 물의 유량을 측정하는 구성이다. 이러한 수도 미터 회로부(13)는, 건식 구조로서 일체 형성되어 밀폐되고, 상기 수도 배관 연결부(11)와의 접합면을 통해 실링(sealing) 처리된 초음파 변환자(transducer)(15A, 15B)의 일단만이 노출됨으로써, 수도 배관 내의 물과 완전히 분리되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 수도 미터 회로부(13)는 수도 배관 연결부(11)와 결합되는 접합면에 초음파 변환자 접합부(16)가 마련된다. 초음파 변환자 접합부(16)는 내측으로 초음파 변환자(15A, 15B)가 부착되어 하부의 열린 구조를 통해 초음파 신호의 방사 및 수신이 가능하며, 수도 배관 연결부(11)로부터 물이 유입되는 것을 막을 수 있도록 방수 처리가 되는 것이 바람직하다.The water
앞서 종래의 기계식 수도 검침기와 달리, 본 발명의 실시예들은 단지 물이 흘러갈 수 있는 구조의 수도 배관 연결부(11)를 갖는데, 유량의 측정을 위해 수도 배관 연결부(11)에 홀(hole)을 형성하고, 홀을 통해 유량 검출을 위한 수도 미터 회로부(13)의 초음파 변환자(15A, 15B)의 말단이 초음파 변환자 접합부(16)를 통해 결합될 수 있다. 즉, 수도 배관 연결부(11)의 벽면에 노출된 초음파 변환자(15A, 15B)의 말단으로부터 방사된 초음파 신호의 반사 신호를 측정함으로써 수도 배관 내의 유량을 측정하게 된다.Unlike the conventional mechanical water meter reader, the embodiments of the present invention have a water
구조적인 측면에서, 수도 미터 회로부(13)는 일체 형성된 하우징(housing)에 유량 측정과 통신을 위한 회로가 내측으로 설치되고, 단지 수도 배관 연결부(11)와의 결합 측면에 노출된 초음파 변환자(15A, 15B)를 통해 유량 계측을 수행하는 구조를 채택함으로써 회로와 수도 배관이 물리적으로 완전히 분리될 수 있으며, 전기 회로에 대한 습기, 날씨나 계절의 영향을 최소화할 수 있다.In the structural aspect, the water
구현의 관점에서, 수도 배관 연결부(11)는 스테인레스 등의 금속 소재로 된 내부 수도관(미도시)을 형성하고, 내부 수도관 위에 사출 성형물을 덮어씌움으로써 보온, 내압 성능 향상 및 동파 방지의 효과를 도모할 수 있다. 나아가 초음파 신호의 용이한 방사 및 수신을 위해 사출 성형된 수도 배관 삽입 부재(12)가 내부 수도관의 내측에 삽입된다. 수도 배관 삽입 부재(12)는 물의 흐름을 통제하여 와류 및 기포의 발생을 억제하고 초음파 변환자와의 접촉 공간을 극대화하는 역할을 수행하는데, 다음의 도 4a를 통해 보다 구체적으로 기술하도록 한다.In terms of implementation, the water
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 수도 미터 조립체의 단면도이다.4A is a cross-sectional view of a water meter assembly according to an embodiment of the present invention.
수도 배관 연결부(11)는, 내측으로 슬러지(sludge)의 누적이 최소화되도록 물이 직진하여 통과하는 홀(hole) 구조가 형성되어 수도 배관으로 유입된 물이 큰 저항없이 직진하여 통과할 수 있다. 유량의 측정을 위해, 수도 미터 회로부(13)와의 접합면을 통해 노출된 초음파 변환자(15A, 15B)의 일단을 통해 초음파 신호를 입력받아 반사 신호를 전달할 수 있다.The water
보다 구체적으로, 수도 배관 연결부(11)는, 수도 미터 회로부(13)와의 접합면을 통해 내측으로 삽입되어 노출된 2개의 초음파 변환자(15A, 15B)의 대향면이 서로 비스듬한 각도로 마주보도록 기울여져 형성됨으로써, 'W' 자 구조의 초음파 전달 경로를 유도할 수 있다. 이러한 2개의 초음파 변환자(15A, 15B)의 사이에서 내측 벽면에 밀착하여 3개의 반사판(reflector)이 유입된 물의 흐름을 가로질러 번갈아가며 부착됨으로써, 상기 접합면을 통해 노출된 하나의 초음파 변환자의 일단으로부터 송신된 초음파 신호를 상기 3개의 반사판을 경유하여 다른 하나의 초음파 변환자의 일단에 전달하는 'W' 형태의 반사 경로를 형성하게 된다. 특히, 반사판(14A, 14B, 14C)이 최대한 내측 벽면에 누운 형태로 배치됨으로써 유체의 저항 내지 와류 및 기포의 발생을 억제할 수 있게 된다.More specifically, the water
한편, 수도 미터 회로부(13)는 2개의 초음파 변환자(15A, 15B) 각각을 제어하여 어느 하나가 송신기로서 동작할 때, 다른 하나는 수신기로서 동작하도록 유도하며, 또한 각 초음파 변환자의 역할을 교대하여 수행할 수 있다. 즉, 제 1 초음파 변환자(15A)를 초음파 신호의 송신기로서 동작시키고 제 2 초음파 변환자(15B)를 상기 초음파 신호에 따른 반사 신호의 수신기로서 동작시킴으로써 상기 수도 배관 연결부 내의 'W' 자 구조의 반사 경로를 통해 순방향 초음파 도달 시간을 측정한다. 그런 다음, 상기 제 2 초음파 변환자(15B)를 초음파 송신기로서 동작시키고 상기 제 1 초음파 변환자(15A)를 상기 초음파 신호에 따른 반사 신호의 수신기로서 동작시킴으로써 'W' 자 구조의 상기 반사 경로를 통해 역방향 초음파 도달 시간을 측정한다. On the other hand, the water
도 4a의 구조에서 유량을 측정하는 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위해 수도 배관 연결부(11) 내에 형성된 'W' 자 구조를 도시화한 도 4b를 살펴보자. 도 4b를 통해 제시되는 변수의 의미를 설명하면, 4L은 2개의 초음파 변환자 A와 B 사이의 진행거리를 나타내고, Vm은 평균 유속을 나타내고, C0는 흐르지 않는 물속에서의 초음파 속도를 나타내고, TAB 및 TBA는 각각 A에서 B로, B에서 A로의 초음파 전파 시간을 나타내고, VAB 및 VBA는 각각 A에서 B로, B에서 A로의 초음파 전파 속도를 나타내며, θ는 초음파의 전파각을 나타낸다.In order to more specifically describe the method of measuring the flow rate in the structure of FIG. 4A, take a look at FIG. 4B illustrating a'W'-shaped structure formed in the water
본 발명의 실시예들에서는 두 개의 초음파 진동자를 이용하여 각각 송수신을 하는 방식을 채택하였다. 물의 흐름 방향에 순행 또는 역행하는 초음파의 방사 및 수신을 통해 초음파 신호를 측정하게 된다.In the embodiments of the present invention, a method of transmitting/receiving each using two ultrasonic vibrators is adopted. The ultrasonic signal is measured through the radiation and reception of ultrasonic waves that move forward or backward in the direction of water flow.
먼저, 양방향(A→B 및 B→A) 초음파 전파 시간은 다음의 수학식 1, 2와 같이 표현된다.First, the two-way (A→B and B→A) ultrasonic propagation times are expressed as
여기서, 수학식 1, 2를 흐르지 않는 물속에서의 초음파 속도 C0에 대해 정리하면, 다음의 수학식 3, 4와 같다.Here, if
수학식 3, 4에서 C0를 제거하도록 정리하면 C0에 포함된 온도 의존성이 사라진다. 여기서, C0는 수학식 5와 같다.When C 0 is removed from
이제, 수학식 3, 4로부터 다음의 수학식 6과 같은 정리가 도출될 수 있다.Now, the theorem shown in Equation 6 below can be derived from
여기서, 
이로부터 유량은 다음의 수학식 8과 같이 산출될 수 있다.From this, the flow rate can be calculated as in Equation 8 below.
수학식 8에서 단면적 A는 다음의 수학식 9와 같이 간단히 정의된다.In Equation 8, the cross-sectional area A is simply defined as in Equation 9 below.
여기서, D는 수도 배관의 직경을 나타낸다.Here, D represents the diameter of the water pipe.
요약하건대, 수도 미터 회로부(13)는, 유속 및 단면적의 곱으로부터 유량을 산출하되, 초음파의 음속, 순방향과 역방향 초음파 도달 시간 및 차이를 이용하여 유량을 결정할 수 있다. 즉, 상술된 수학식들을 활용하여 본 발명의 실시예가 제안하는 수도 배관 연결부(11) 내에 형성된 'W' 자 구조를 통해 유량(Q)을 정확하게 측정할 수 있다.In summary, the water
구현의 관점에서, 초음파 변환자의 출력은 물의 흐름과 역행 또는 순행하는 방향에 따라 업-스트림(up-stream) 및 다운-스트림(down-stream)의 두 번을 송신하고, 송신된 신호는 ADC(Analog-Digital Converter)를 이용하여 전체 파형을 측정할 수 있다. 이때, 두 가지의 기술이 활용될 수 있는데, 하나는 출력된 신호와 수신된 신호와의 상관기반 기술(correlation based technique)을 이용하여 측정된 신호의 노이즈를 제거함으로써 정확성을 향상시킬 수 있다. 그런 다음, 측정된 데이터로부터 선형 보간법(interpolation)을 이용하여 전체 파형을 생성한다. 이제, 생성된 파형으로부터 ToF(Time-of-Flight)를 계산한다. 업-스트림 및 다운-스트림의 ToF 값의 차이를 이용하여 ΔToF(ΔT) 값을 얻을 수 있다.In terms of implementation, the output of the ultrasonic transducer transmits two times, up-stream and downstream, depending on the water flow and the reverse or forward direction, and the transmitted signal is an ADC ( Analog-Digital Converter) can be used to measure the entire waveform. At this time, two techniques can be used. One can improve accuracy by removing noise from the measured signal using a correlation based technique between the output signal and the received signal. Then, the entire waveform is generated from the measured data using linear interpolation. Now, calculate the Time-of-Flight (ToF) from the generated waveform. A value of ΔToF(ΔT) can be obtained by using the difference between the up-stream and downstream ToF values.
본 발명의 실시예들은 이러한 구조를 통해 수도 배관 내의 물의 흐름에 영향이 없으면서도 보다 정확한 유량 측정이 가능하며, 회로와 습기를 완전히 분리한 구조를 구현할 수 있었다.The embodiments of the present invention enable more accurate flow rate measurement without affecting the flow of water in the water pipe through this structure, and a structure in which the circuit and moisture are completely separated can be implemented.
다시 도 4a로 돌아와 수도 배관 연결부(11)의 내측 구조에 대해 좀 더 구체적으로 살펴보자. 수도 배관 연결부(11)는, 내측으로 슬러지(sludge)의 누적이 최소화되도록 물이 직진하여 통과하는 홀(hole) 구조가 형성되고, 물이 유입되는 입구 및 물이 유출되는 출구에 각각 물의 흐름 방향으로 분리막(seperator)(12A, 12B)을 형성함으로써 유입된 물로 하여금 상기 접합면을 통해 노출된 2개의 초음파 변환자와의 접촉을 유도할 수 있다. 도 4a를 참조하면, 분리막(12A, 12B)을 통과하는 물의 흐름이 나뉘는 것을 확인할 수 있으며, 초음파 변환자(15A, 15B)과의 물의 접촉 공간을 충분히 확보할 수 있도록 유도하는 구조가 도입되었음을 확인할 수 있다. 이러한 분리막 구조를 통해 초음파 송수신시 물과의 접촉 면적에 불필요한 공기층이 발생하지 않게 되어 초음파 신호의 송수신이 끊기는 악영향을 차단하였고 결과적으로 계측 오류를 최소화할 수 있다는 장점이 나타난다.Returning to FIG. 4A again, let's look at the inner structure of the water
또한, 수도 배관 연결부(11)는, 물이 유입되는 입구 및 물이 유출되는 출구 영역이 중앙 영역에 비해 상대적으로 더 넓은 단면을 형성함으로써 유속을 증가시키고 압력 손실을 보상할 수 있다, 도 4a를 참조하면, 물이 유입되는 입구(A), 유입된 물이 첫 번째 초음파 변환자와 최초에 만나는 영역(B), 유입된 물이 두 번째 초음파 변환자와 만나는 영역(C), 물이 유출되는 출구(D)의 단면이 서로 상이한 것을 확인할 수 있다. In addition, the water
보다 구체적으로, 사출 성형된 수도 배관 삽입 부재(12)의 입구 및 출구에 곡면을 형성하되, 중앙부가 상대적으로 더 좁은 공간을 갖도록 구배를 줌으로써, 유입되는 물이 보다 쉽게 포집되도록 하는 형상을 적용하였으며, 이와 반대로 출구는 물이 보다 쉽게 유출되도록 설계하였다. 이를 통해 초음파 변환자(15A, 15B)와의 접촉면이 증가하는 효과와 더불어 수도 배관 삽입 부재(12)의 중앙부에서 유속이 증가하는 효과를 얻을 수 있다. 특히, 고층 건물이나 고지대에 위치한 가옥 등에서는 수압이 약하게 나타나는 경우가 있는데 이로 인한 압력 손실을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.More specifically, curved surfaces are formed at the inlet and outlet of the injection-molded water
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수도 미터 조립체의 수도 배관 삽입 부재의 단면을 예시한 도면으로서, 도 4a의 수도 배관 삽입 부재(12)의 프로토타입을 도시하였다.5 is a diagram illustrating a cross section of a water pipe insertion member of a water meter assembly according to an embodiment of the present invention, and illustrates a prototype of the water
도 5를 참조하면, 초음파 변환자(15A, 15B)가 결합되는 위치에서 물과의 접촉면을 늘리기 위한 공간이 확보되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 첫 번째 초음파 변환자(15A)에 앞서 물이 유입되는 입구 및 두 번째 초음파 변환자(15B)를 지나 물이 유출되는 입구에 각각 분리막(12A, 12B)이 형성되어 물의 흐름을 통제하는 구조가 제시되어 있다. 또한, 도 5에 빗살로 표시된 영역에 구배가 형성되어 있는 것을 통해 확인할 수 있듯이, 입구 및 출구는 중앙부에 비해 상대적으로 넓은 단면을 가짐으로써 유입된 물이 빠르게 포집되어 초음파 변환자를 통한 유량 측정을 수행하고, 이후 재차 빠르게 유출될 수 있는 구조를 형성하였다. 한편, 'W' 자 구조의 반사 경로를 위해 반사판이 부착될 위치(14A, 14B, 14C)이 표시되었으며, 초음파 신호의 원할한 전달을 위해 신호 전달 경로 상에 장애물이 없도록 구배가 형성되어 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that a space for increasing a contact surface with water is secured at a location where the
상기된 본 발명의 실시예들을 통해, 기계식 또는 초음파식의 경우 모두에서 물의 흐름을 방해하는 구조를 혁신적으로 개선함으로써 마모, 이물의 축적, 기구물의 물리적 저항에 의한 와류 형성을 최소화하였고, 장기간의 사용에 따른 경년 변화를 최소화하였으며, 측정 정밀도를 향상시킬 수 있도록 'W' 자 센싱 구조가 반영된 초음파 수도 계량기를 설계하였다. 이제, 상기된 수도 배관 삽입 부재의 구조를 이용하여 앞서 지적하였던 문제점들이 효과적으로 해소되었는지를 실험을 통해 검증하였다. Through the above-described embodiments of the present invention, abrasion, accumulation of foreign matter, and formation of vortex due to physical resistance of the apparatus were minimized by innovatively improving the structure that hinders the flow of water in both the mechanical or ultrasonic type. In order to minimize aging changes and improve measurement precision, an ultrasonic water meter with a'W'-shaped sensing structure was designed. Now, it was verified through an experiment whether the above-mentioned problems were effectively solved by using the structure of the water pipe insertion member.
특히, 본 발명의 실시예들을 위한 구조 설계 과정에서 종래의 제품과의 차별성과 신뢰도를 향상하기 위해 유체 해석을 진행하였고, 제안도니 방식에서 유체 저항이 최소화됨을 확인하였으며, 그에 따라 측정 정밀도, 이물의 축적, 경년 변화에 개선이 이루어졌음을 증명할 수 있었다.In particular, in the process of designing the structures for the embodiments of the present invention, fluid analysis was conducted to improve the difference and reliability from conventional products, and it was confirmed that the fluid resistance was minimized in the proposed method, and accordingly, measurement accuracy and foreign matter It was able to prove that improvement was made in accumulation and aging.
도 6은 반사판의 구조 및 위치에 따른 유체 해석을 비교한 도면으로서, (A)는 앞서 도 1b의 구조에 따라 설계된 제품을 유체 해석한 결과이고, (B)는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 제품을 유체 해석한 결과를 도시하였다. 도 6에서 압력과 유량은 1Bar 및 1.6㎥/h (15mm 가정용 수도 미터의 최대 유량)의 조건으로 설정하였으며, 화살표는 유체 흐름의 방향을 나타낸다. 또한, 화살표 소용돌이는 유체 저항 및 와류 발생을 나타내는데, 빨간색 화살표는 반사판 통과 전 압력 상승 구간의 유체 저항을 의미하고, 파란색 화살표는 반사판 통과 후 압력 하강 구간(압력 손실)의 유체 저항을 의미한다.6 is a view comparing fluid analysis according to the structure and position of the reflector, (A) is a result of fluid analysis of a product designed according to the structure of FIG. 1B, and (B) is manufactured according to an embodiment of the present invention. The result of fluid analysis of the finished product is shown. In FIG. 6, the pressure and flow rate were set under the conditions of 1Bar and 1.6㎥/h (maximum flow rate of a 15mm household water meter), and arrows indicate the direction of fluid flow. In addition, the arrow vortex indicates fluid resistance and eddy current generation, the red arrow indicates the fluid resistance in the pressure rise section before passing through the reflector, and the blue arrow indicates the fluid resistance in the pressure drop section (pressure loss) after passing through the reflector.
살펴보건대, 도 6의 (A)에서는 초음파 반사판이 수도관의 중앙에 2개 위치함으로써 유체의 흐름을 방해하고 기포가 증가하는 현상이 발견되었다. 이에 반해, 도 6의 (B)에서는 초음파 반사판이 수도관의 상/하 외벽에 밀착되어 위치함으로써 유체의 흐름이 원활하고 기포 발생이 저하되는 현상을 관찰할 수 있었다.As a result, in (A) of FIG. 6, it was found that the two ultrasonic reflectors were located in the center of the water pipe, thereby interfering with the flow of fluid and increasing air bubbles. On the contrary, in FIG. 6B, it was observed that the ultrasonic reflector was placed in close contact with the upper/lower outer walls of the water pipe, so that the flow of the fluid was smooth and the generation of air bubbles decreased.
한편, 수도 계량기의 경우 이물이 퇴적되는 양이 시간이 지나면서 증가하게 되며, 이는 경년 변화와 제품 파손, 먹는 물의 안전성에 큰 영향을 끼친다고 알려져 있다. 따라서, 이물에 의한 퇴적 영향도를 이물 퇴적 영향도 가속 시험을 통해 종래의 초음파 수도 계량기(도 1b에 예시된 제품)와 비교 평가하여 신뢰성을 입증하고자 하였다.On the other hand, in the case of a water meter, the amount of foreign matter deposited increases over time, which is known to have a great effect on aging changes, product damage, and the safety of drinking water. Therefore, it was attempted to prove the reliability by comparing and evaluating the degree of sedimentation by foreign matters with the conventional ultrasonic water meter (product illustrated in FIG. 1B) through an acceleration test of the degree of foreign matter sedimentation.
도 7은 반사판의 구조 및 위치에 따른 이물 퇴적 영향도의 가속 시험 결과를 예시한 도면으로서, (A) 및 (B)는 앞서 소개한 도 1b의 구조에 따라 제작된 제품(초음파 경로가 'U' 자 형태)의 시험 결과이고, (C) 및 (D)는 본 발명의 실시예들에 따라 제작된 제품('W' 자 전달 경로)의 시험 결과를 도시하였다. 평가 조건으로서, 물에 이물(지점토)을 10% 함유하고 3일간 7 Bar의 현장 조건 하에서 각 제품의 수도 배관에 물을 순환하여 초음파 반사판에 이물 퇴적 여부 현미경으로 확인하였다. 7 is a diagram illustrating the results of an acceleration test of the degree of influence of foreign matter deposition according to the structure and position of the reflector, and (A) and (B) are products manufactured according to the structure of FIG. 1B introduced above (the ultrasonic path is'U'. It is the test result of'shape form), and (C) and (D) show the test result of the product ('W' character delivery path) manufactured according to the embodiments of the present invention. As an evaluation condition, 10% of foreign matter (branched clay) was contained in water, and water was circulated through the water pipe of each product under the field condition of 7 Bar for 3 days, and the presence of foreign matter accumulation on the ultrasonic reflector was confirmed with a microscope.
도 7의 (A)는 가속 시험 전 2개의 반사판을 촬영한 사진이고, (B)는 가속 시험 후 2개의 반사판을 촬영한 사진이다. 시험 후 중앙에 위치한 반사판에 많은 이물이 축적된 것을 확인할 수 있다. 한편, 도 7의 (C)는 가속 시험 전 본 발명의 실시예에 따른 반사판을 촬영한 사진이고, (D)는 가속 시험 후 본 발명의 실시예에 따른 반사판을 촬영한 사진으로서, 시험 전/후의 이물 축적 상황 큰 차이가 없는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 육안으로 관찰한 비교 결과에서 한 걸음 더 나아가, 직접 전달되는 초음파 신호를 전기적 신호로 확인하여 측정 신뢰도를 높이고자 하였다.7A is a photograph of two reflectors before an acceleration test, and (B) is a photograph of two reflectors after an acceleration test. After the test, it can be seen that a lot of foreign matter has accumulated on the reflector located in the center. On the other hand, Figure 7 (C) is a photograph taken of the reflector according to the embodiment of the present invention before the acceleration test, (D) is a photograph of the reflector according to the embodiment of the present invention after the acceleration test, before the test / It was confirmed that there was no significant difference in the condition of accumulation of foreign matter afterwards. Taking one step further from the comparison result observed with the naked eye, we tried to increase the reliability of measurement by checking the ultrasonic signal directly transmitted as an electrical signal.
도 8은 본 발명의 실시예들이 제안하는 초음파 수도 미터 조립체에서 이물 시험 전(A)과 후(B)의 초음파 신호 분석 결과를 비교한 도면이다. 초음파 신호는 포물선을 그리면서 선형적인 특성을 보여야 하며, 이물 평가 전/후 초음파 수신 신호를 처리하는 MCU ADC Capture를 통해 분석 결과, 본 발명의 실시예들이 제안하는 구조는 초음파 신호 분석 결과의 선형적인 파형 특성으로부터 시간의 흐름에 따른 수도관 내의 이물의 영향도가 거의 없는 구조임을 확인할 수 있었다.8 is a view comparing ultrasonic signal analysis results before (A) and after (B) a foreign body test in the ultrasonic water meter assembly proposed by the embodiments of the present invention. The ultrasonic signal must show a linear characteristic while drawing a parabola, and as a result of analysis through MCU ADC Capture that processes the ultrasonic received signal before/after evaluating a foreign object, the structure proposed by the embodiments of the present invention is linear in the ultrasonic signal analysis result. From the waveform characteristics, it was confirmed that the structure had little influence of foreign matter in the water pipe over time.
한편, 수도 계량기의 경우 도 8의 실험 결과와 같이 초음파 센싱은 정상적으로 잘 수행되더라도, 법령으로 정한 물 순환 양에 따른 오차 범위에 포함되어야 기존 기술 대비 차별화가 명확해지며, 이를 만족하여야 이물에 따른 경년 변화가 최적화된 제품임을 확인할 수 있다. 따라서, 수도법에서 정한 Q1(최소유량)부터 Q4(과부하유량)까지 오차율을 분석함으로써 법령을 만족하는지 여부를 살펴보았다.On the other hand, in the case of a water meter, even if ultrasonic sensing is normally performed as shown in the experimental result of Fig. 8, it must be included in the error range according to the amount of water circulation determined by the law, so that differentiation from the existing technology becomes clear. It can be seen that the change is an optimized product. Therefore, by analyzing the error rate from Q1 (minimum flow rate) to Q4 (overload flow rate) determined by the Waterworks Act, it was examined whether or not the law was satisfied.
도 9는 이물 시험에 따른 오차율 분석 결과를 예시한 그래프이다. 도 9를 참조하면, 붉은색 라인은 수도법에서 명시한 오차율의 상한 및 하한 선이고, 녹색에서 Q1은 최소유량, Q2는 전이유량, Q3은 최대유량, 및 Q4는 과부하유량을 나타낸다. 또한, 파란색은 본 발명의 일 실시예에 따른 개발 제품에서 Q1에서 Q4까지의 평가 오차율을 나타낸 것이다. 즉, 도 9를 통해, 이물 시험이 완료된 제품에 대해 오차율을 평가한 결과 Q1에서 Q4까지 법정 기준 내에 만족함을 확인할 수 있었다.9 is a graph illustrating an error rate analysis result according to a foreign material test. Referring to FIG. 9, red lines are the upper and lower limit lines of the error rate specified in the water supply method, and in green, Q1 is the minimum flow rate, Q2 is the transition flow rate, Q3 is the maximum flow rate, and Q4 is the overload flow rate. In addition, blue represents the evaluation error rate from Q1 to Q4 in the developed product according to an embodiment of the present invention. That is, through FIG. 9, as a result of evaluating the error rate for the product for which the foreign substance test was completed, it could be confirmed that Q1 to Q4 were satisfied within the legal standard.
이상에서는 종래의 기술에서 나타나는 문제점들을 해결하기 위해 안출된 기술적 수단을 중심으로 초음파 수도 계량기의 구조에 대해 설명하였다. 그런데, 이러한 구조에 따라 설계된 실제 제품에서 나타나는 편차 내지 측정 오차가 존재하므로 이를 교정하기 위한 기술적 수단을 추가적으로 제안하고자 한다.In the above, the structure of the ultrasonic water meter has been described, focusing on the technical means devised to solve the problems in the prior art. However, since there are deviations or measurement errors appearing in an actual product designed according to this structure, we intend to additionally propose a technical means for correcting this.
초음파 신호의 특성에 영향 끼치는 주요 인자들에는 초음파 진동자가 안착되는 각각의 초음파 진동자의 최적 주파수, 사출물의 두께, 각도, 및 재질 등 다양하고 복합적인 요소가 존재한다. 사출물의 원료 품질을 관리하는 활동은 지속되어야 하지만, 품질 관리를 위한 인건비 상승, 원재료 관리 기준 상향에 따른 재료비 상승, 생산 효율 저하 등으로 제품 가격 상승이 불가피하다. 따라서, 이러한 상황을 혁신적으로 개선하고자, 원료 품질의 관리를 최소화함과 동시에 주요 인자를 일괄하여 통제하기 위한 초음파 주파수 최적화 및 보정 방법을 도출하였다.Major factors affecting the characteristics of the ultrasonic signal include various and complex factors such as the optimum frequency of each ultrasonic vibrator on which the ultrasonic vibrator is seated, the thickness, angle, and material of the injection product. Although activities to manage the quality of raw materials for injection molding should be continued, product prices are inevitable due to rising labor costs for quality control, rising material costs due to higher raw material management standards, and lower production efficiency. Therefore, in order to innovatively improve this situation, a method of optimizing and correcting ultrasonic frequencies was derived to minimize the management of raw material quality and control key factors collectively.
이를 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수도 미터 보정 시스템은, 앞서 기술한 수도 미터 조립체의 수도 미터 회로부와 전기적으로 연결되어 초음파 변환자를 제어하여 초음파 신호의 특성에 관한 인자를 변화시킴으로써 기구적 편차를 최소화하는 보정값을 도출하여 초음파 변환자에 적용하는 신호 보정부를 더 포함할 수 있다. 이러한 신호 보정부는, 디스플레이 장치를 통해 신호 상태를 확인할 수 있으며, 일련의 보정 과정을 처리하는 명령어를 포함하는 소프트웨어를 통해 구현되어 적어도 하나의 프로세서를 통해 구동되는 장치로 제작될 수 있다.To this end, the water meter correction system according to another embodiment of the present invention is electrically connected to the water meter circuit part of the water meter assembly described above to control the ultrasonic transducer to change a factor related to the characteristics of the ultrasonic signal, thereby causing mechanical deviation. It may further include a signal correction unit for deriving a correction value minimizing the applied to the ultrasonic transducer. The signal correction unit may check a signal state through a display device, and may be implemented through software including instructions for processing a series of correction processes to be manufactured as a device driven through at least one processor.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수도 미터 보정 시스템을 이용한 편차 보정 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 일련의 연산 및 제어 과정을 수행하도록 개발된 소프트웨어와 그에 따른 사용자 인터페이스를 도시하였다. 10 to 13 are diagrams for explaining a deviation correction process using a water meter correction system according to another embodiment of the present invention, and show software developed to perform a series of calculation and control processes and a user interface according thereto. .
도 10은 최적화 주파수 보정 전의 초음파 신호 센싱 화면을 예시한 것으로, 비선형, 레벨 축소 및 왜곡이 나타나고 있음을 보여준다.10 illustrates an ultrasonic signal sensing screen before the optimization frequency correction, and shows that non-linearity, level reduction, and distortion appear.
도 11은 초음파 신호를 센싱하기 위한 화면을 예시한 것으로, 초음파 진동자와 기구물에 최적화된 주파수를 찾기 위한 사용자 인터페이스 내에는, 주파수 범위(range), 단계별로 증가시킬 주파수의 크기(level), 스윕(sweep)하고자 하는 횟수 등을 설정할 수 있다.11 illustrates a screen for sensing an ultrasonic signal. In a user interface for finding an optimized frequency for an ultrasonic vibrator and a device, a frequency range, a level of a frequency to be increased step by step, and a sweep ( You can set the number of times you want to sweep.
보다 구체적으로, 신호 보정부는, 주파수 스윕(sweep) 대역, 단계별 주파수 변화 크기(level), 및 스윕 횟수를 설정하고, 설정에 따라 상기 초음파 변환자를 제어하여 스윕별로 초음파 신호의 검출값을 저장한다. 도 11에 예시된 사용자 인터페이스를 통해서는 다음의 작업을 수행할 수 있다.More specifically, the signal correction unit sets a frequency sweep band, a frequency change level by step, and a number of sweeps, and stores a detected value of an ultrasonic signal for each sweep by controlling the ultrasonic transducer according to the setting. The following operations can be performed through the user interface illustrated in FIG. 11.
① Sweep On, Off: 초음파 진동자와 기구물에 최적화 주파수 찾기(Sweep On)① Sweep On, Off: Finding the optimal frequency for ultrasonic vibrators and equipment (Sweep On)
② 주파수 Sweep 센싱 대역, 단계별 증가시킬 주파수 크기, 전체 Sweep 횟수를 설정② Set the frequency sweep sensing band, the size of the frequency to increase step by step, and the total number of sweeps.
③ 이상의 설정에 따라 순차적으로 Sweep을 실행③ Sweep is executed sequentially according to the above setting
이제, 최적의 주파수 대역과 레벨을 스캔 후 찾은 값을 설정함으로써, 보정된 값을 적용할 수 있다. 보다 구체적으로, 물의 흐름과 동일한 방향으로 초음파 신호를 검출한 업-스트림(up-stream) 신호 및 물의 흐름과 상반된 방향으로 초음파 신호를 검출한 다운-스트림(down-stream) 신호의 편차가 작고 진폭이 가장 크도록 상기 초음파 변환자에 대한 제어 인자를 도출하여 보정값으로 설정할 수 있다. 도 12에 예시된 보정 과정은 다음과 같다.Now, the corrected value can be applied by setting the value found after scanning the optimal frequency band and level. More specifically, the difference between the up-stream signal detecting the ultrasonic signal in the same direction as the water flow and the downstream signal detecting the ultrasonic signal in the opposite direction to the water flow is small A control factor for the ultrasonic transducer may be derived so as to be the largest and set as a correction value. The correction process illustrated in FIG. 12 is as follows.
① Sweep 완료 후 물의 방향과 동일한 방향으로 센싱한 업-스트림(Up-stream), 반대 방향으로 센싱한 다운-스트림(Down-Stream)의 편차가 적으면서 진폭이 가장 높은 위치를 도출① After sweeping is completed, the position with the highest amplitude is derived with little deviation between the up-stream sensed in the same direction as the water direction and the down-stream sensed in the opposite direction.
② 도출된 위치를 X-Coordinate(주파수), Y-Coordinate(진폭)를 통해 확인② Check the derived position through X-Coordinate (frequency) and Y-Coordinate (amplitude)
③ Sweep으로 찾은 주파수를 Transmit Frequency 창에 입력하여 설정③ Set by entering the frequency found by sweep into the Transmit Frequency window
④ Configuration Request Update를 통해 설정값을 적용④ Apply setting values through Configuration Request Update
⑤ ADC Capture Request을 통해 보정된 초음파 파형을 확인⑤ Check the corrected ultrasonic wave through ADC Capture Request
이상의 과정을 위해, 앞서 제시된 수도 배관 연결부는, 수도 미터 회로부와의 접합면을 통해 내측으로 삽입되어 노출된 2개의 초음파 변환자의 대향면이 서로 비스듬한 각도로 마주보도록 기울여져 형성되고, 2개의 초음파 변환자의 사이에서 내측 벽면에 밀착하여 3개의 반사판(reflector)이 유입된 물의 흐름을 가로질러 번갈아가며 부착됨으로써, 접합면을 통해 노출된 하나의 초음파 변환자의 일단으로부터 송신된 초음파 신호를 상기 3개의 반사판을 경유하여 다른 하나의 초음파 변환자의 일단에 전달하는 'W' 형태의 반사 경로를 형성한다. 이때, 수도 미터 회로부는, 신호 보정부의 제어에 따라 제 1 초음파 변환자를 초음파 신호의 송신기로서 동작시키고 제 2 초음파 변환자를 초음파 신호에 따른 반사 신호의 수신기로서 동작시킴으로써 수도 배관 연결부 내의 반사 경로를 통해 업-스트림 신호를 검출하고, 제 2 초음파 변환자를 초음파 송신기로서 동작시키고 제 1 초음파 변환자를 초음파 신호에 따른 반사 신호의 수신기로서 동작시킴으로써 반사 경로를 통해 다운-스트림 신호를 검출하게 된다.For the above process, the water pipe connection part presented above is formed by being inclined so that the opposite surfaces of the two ultrasonic transducers exposed and inserted through the junction surface with the water meter circuit part face each other at an oblique angle, and the two ultrasonic transducers In close contact with the inner wall between the rulers, three reflectors are alternately attached across the flow of inflowing water, so that the ultrasonic signal transmitted from one end of the ultrasonic transducer exposed through the bonding surface is transmitted to the three reflectors. It forms a'W'-shaped reflection path that is transmitted to one end of the other ultrasonic transducer through the passage. At this time, the water meter circuit unit operates the first ultrasonic transducer as a transmitter of an ultrasonic signal under the control of the signal correction unit, and operates the second ultrasonic transducer as a receiver of a reflected signal according to the ultrasonic signal, thereby passing through a reflection path in the water pipe connection part. The upstream signal is detected, the second ultrasonic transducer is operated as an ultrasonic transmitter, and the first ultrasonic transducer is operated as a receiver of a reflected signal according to the ultrasonic signal, thereby detecting a downstream signal through a reflection path.
도 13은 보정된 초음파 신호를 예시한 도면으로서, 최적의 주파수 대역과 레벨을 스캔 후 찾은 값을 입력 후 보정한 결과 초음파 주파수가 최적화되어 안정화된 신호를 확인할 수 있다.13 is a diagram illustrating a corrected ultrasonic signal. As a result of inputting a value found after scanning an optimal frequency band and level, and correcting the result, the ultrasonic frequency is optimized and thus a stabilized signal can be confirmed.
구현의 관점에서, 본 발명의 실시예들을 통해 신호 파형에 필요한 설정값들은 신호 파형을 일정하게 하기 위한 것과 유량을 보정하기 위한 값들로 구분될 수 있다. 신호 파형에 관한 설정값들에는 출력 신호의 주파수, 수신 신호의 증폭률, 신호 옵셋(offset), ADC 측정 시간 등이 있고, 유량 보정에 관한 설정값들에는 각 포인트에 ΔToF 값을 저장 및 테이블화하여 ?G웨어(firmware)에서 선형보간법에 따른 1차원 직선 식을 이용하여 보정할 수 있다. 이러한 보정값은 마이크로프로세서의 FRAM(Ferroelectric Random Access Memory)에 저장되어 전원이 꺼지더라도 삭제되지 않고 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 생산된 제품간 편차의 설정값(신호 옵셋, 보정값 등)은 초기 생산시 각각 달리하여 UART 통신 및 RS232 통신을 통하여 FRAM에 저장할 수 있다.In terms of implementation, through the embodiments of the present invention, set values required for a signal waveform can be divided into values for making the signal waveform constant and values for correcting the flow rate. The set values for the signal waveform include the frequency of the output signal, the amplification factor of the received signal, the signal offset, and the ADC measurement time, and the set values for the flow rate correction store and table the ΔToF value at each point. It can be corrected using a one-dimensional linear equation according to the linear interpolation method in Gware. It is preferable that such correction values are stored in a ferroelectric random access memory (FRAM) of a microprocessor and are not deleted even when the power is turned off. In addition, the set values (signal offset, correction value, etc.) of the deviations between the produced products can be stored in the FRAM through UART communication and RS232 communication, respectively, differently during initial production.
상기된 본 발명의 실시예들에 따르면, 2개의 초음파 변환자와 내측 벽면에 밀착한 3개의 반사판을 통해 'W' 형태의 초음파 전달 경로를 형성함으로써 기구적 구동 부위를 배제함과 동시에 환경적인 요인에 강인하며 보다 정확한 유량 측정이 가능하고, 물의 흐름을 원활하게 통제하는 구조를 도입하여 이물 축적에 의한 성능 저하를 방지함과 동시에 와류 및 기포의 발생을 억제하며, 초음파 수도 검출기 제작 상에서 발생할 수 있는 측정의 오차 내지 편차를 초음파 신호 센싱 보정 수단을 통해 보완함으로써 높은 신뢰도를 보장할 수 있다.According to the embodiments of the present invention described above, by forming an ultrasonic transmission path in the form of'W' through two ultrasonic transducers and three reflectors in close contact with the inner wall, the mechanical driving part is excluded and environmental factors By introducing a structure that is robust to the pressure and enables more accurate flow rate measurement, and prevents performance degradation due to accumulation of foreign matter by introducing a structure that smoothly controls the flow of water, it also suppresses the generation of vortices and air bubbles. High reliability can be ensured by compensating for measurement errors or deviations through ultrasonic signal sensing correction means.
한편, 본 발명은 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.Meanwhile, the embodiments of the present invention can be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all types of recording devices storing data that can be read by a computer system.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장 장치 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like. Further, the computer-readable recording medium is distributed over a computer system connected by a network, so that the computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers in the technical field to which the present invention belongs.
이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the present invention has been looked at around the various embodiments. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the above description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.
10: 수도 미터 조립체
11: 수도 배관 연결부
12: 수도 배관 삽입 부재
12A, 12B: 분리막
13: 수도 미터 회로부
14A, 14B, 14C: 반사판
15A, 15B: 초음파 변환자
16: 초음파 변환자 접합부10: water meter assembly
11: water pipe connection
12: water pipe insertion member
12A, 12B: separator
13: water meter circuit part
14A, 14B, 14C: reflector
15A, 15B: ultrasonic transducer
16: ultrasonic transducer junction
Claims (10)
상기 수도 배관 연결부에 결합된 접합면을 통해 노출된 2개의 초음파 변환자(transducer)를 이용하여 상기 수도 배관 연결부를 통해 흐르는 물의 유량을 측정하는 수도 미터 회로부;를 포함하고,
상기 수도 배관 연결부는,
상기 수도 미터 회로부와의 접합면을 통해 내측으로 삽입되어 노출된 2개의 초음파 변환자의 대향면이 서로 비스듬한 각도로 마주보도록 기울여져 형성되고, 유체의 저항, 와류 및 기포의 발생을 억제하도록 상기 2개의 초음파 변환자의 사이에서 내측 벽면에 밀착하여 3개의 반사판(reflector)이 유입된 물의 흐름을 가로질러 번갈아가며 부착되고,
내측으로 슬러지(sludge)의 누적이 최소화되도록 물이 직진하여 통과하는 홀(hole) 구조가 형성되며,
물이 유입되는 입구 및 물이 유출되는 출구에 각각 물의 흐름 방향으로 분리막(seperator)을 형성하고 물과의 접촉을 증가시키기 위한 공간을 확보함으로써 공기층의 발생 없이 유입된 물로 하여금 상기 접합면을 통해 노출된 2개의 초음파 변환자와의 접촉을 유도하는, 수도 미터 조립체.A water pipe connection through which water flows through the water pipe; And
Including; a water meter circuit for measuring the flow rate of water flowing through the water pipe connection part using two ultrasonic transducers exposed through the joint surface coupled to the water pipe connection part,
The water pipe connection part,
The two ultrasonic transducers are inclined to face each other at an oblique angle so that the opposite surfaces of the two ultrasonic transducers are inserted and exposed through the bonding surface with the water meter circuit part, and the two Three reflectors are alternately attached across the flow of water in close contact with the inner wall between the ultrasonic transducers,
A hole structure through which water passes through is formed to minimize the accumulation of sludge inside,
Separators are formed in the direction of water flow at the inlet and outlet for water inflow, respectively, and a space for increasing contact with water is secured, thereby exposing the inflowed water through the bonding surface without generating an air layer. Water meter assembly for inducing contact with two ultrasonic transducers.
상기 수도 배관 연결부는,
상기 접합면을 통해 노출된 하나의 초음파 변환자의 일단으로부터 송신된 초음파 신호를 상기 3개의 반사판을 경유하여 다른 하나의 초음파 변환자의 일단에 전달하는 'W' 형태의 반사 경로를 형성하는, 수도 미터 조립체.The method of claim 1,
The water pipe connection part,
A water meter assembly that forms a'W'-shaped reflection path that transmits an ultrasonic signal transmitted from one end of one ultrasonic transducer exposed through the bonding surface to one end of the other ultrasonic transducer through the three reflectors .
상기 수도 미터 회로부는,
제 1 초음파 변환자를 초음파 신호의 송신기로서 동작시키고 제 2 초음파 변환자를 상기 초음파 신호에 따른 반사 신호의 수신기로서 동작시킴으로써 상기 수도 배관 연결부 내의 반사 경로를 통해 순방향 초음파 도달 시간을 측정하고,
상기 제 2 초음파 변환자를 초음파 송신기로서 동작시키고 상기 제 1 초음파 변환자를 상기 초음파 신호에 따른 반사 신호의 수신기로서 동작시킴으로써 상기 반사 경로를 통해 역방향 초음파 도달 시간을 측정하며,
측정된 상기 순방향 초음파 도달 시간과 상기 역방향 초음파 도달 시간 사이의 차이를 이용하여 유량을 측정하는, 수도 미터 조립체.The method of claim 1,
The water meter circuit part,
By operating a first ultrasonic transducer as a transmitter of an ultrasonic signal and a second ultrasonic transducer as a receiver of a reflected signal according to the ultrasonic signal, a forward ultrasonic arrival time is measured through a reflection path in the water pipe connection,
The second ultrasonic transducer is operated as an ultrasonic transmitter and the first ultrasonic transducer is operated as a receiver of a reflected signal according to the ultrasonic signal to measure a reverse ultrasonic arrival time through the reflection path,
A water meter assembly for measuring a flow rate using the difference between the measured forward ultrasonic arrival time and the reverse ultrasonic arrival time.
상기 수도 미터 회로부는,
유속 및 단면적의 곱으로부터 상기 유량을 산출하되, 초음파의 음속, 상기 순방향과 역방향 초음파 도달 시간 및 차이를 이용하여 상기 유량을 결정하는, 수도 미터 조립체.The method of claim 3,
The water meter circuit part,
The flow rate is calculated from the product of the flow velocity and the cross-sectional area, and the flow rate is determined by using the sound velocity of the ultrasonic wave and the arrival time and difference between the forward and reverse ultrasonic waves.
상기 수도 배관 연결부는,
물이 유입되는 입구 및 물이 유출되는 출구 영역이 중앙 영역에 비해 상대적으로 더 넓은 단면을 형성함으로써 유속을 증가시키고 압력 손실을 보상하는, 수도 미터 조립체The method of claim 1,
The water pipe connection part,
A water meter assembly in which the inlet through which water flows in and the outlet through which water flows out form a relatively wider cross section than the central region, thereby increasing the flow rate and compensating for pressure loss
상기 수도 미터 회로부는,
건식 구조로서 일체 형성되어 밀폐되고, 상기 수도 배관 연결부와의 접합면을 통해 실링(sealing) 처리된 초음파 변환자의 일단만이 노출됨으로써, 수도 배관 내의 물과 완전히 분리되는, 수도 미터 조립체.The method of claim 1,
The water meter circuit part,
A water meter assembly that is integrally formed and sealed as a dry structure, and is completely separated from water in a water pipe by exposing only one end of the ultrasonic transducer subjected to sealing through a joint surface with the water pipe connection part.
상기 수도 배관 연결부에 결합된 접합면을 통해 노출된 2개의 초음파 변환자(transducer)를 이용하여 상기 수도 배관 연결부를 통해 흐르는 물의 유량을 측정하는 수도 미터 회로부; 및
상기 수도 미터 회로부와 전기적으로 연결되어 상기 초음파 변환자를 제어하여 초음파 신호의 특성에 관한 인자를 변화시킴으로써 생산된 제품간의 기구적 편차를 최소화하는 보정값을 도출하여 상기 초음파 변환자에 적용하는 신호 보정부;를 포함하고,
상기 수도 배관 연결부는,
상기 수도 미터 회로부와의 접합면을 통해 내측으로 삽입되어 노출된 2개의 초음파 변환자의 대향면이 서로 비스듬한 각도로 마주보도록 기울여져 형성되고, 유체의 저항, 와류 및 기포의 발생을 억제하도록 상기 2개의 초음파 변환자의 사이에서 내측 벽면에 밀착하여 3개의 반사판(reflector)이 유입된 물의 흐름을 가로질러 번갈아가며 부착되고,
내측으로 슬러지(sludge)의 누적이 최소화되도록 물이 직진하여 통과하는 홀(hole) 구조가 형성되며,
물이 유입되는 입구 및 물이 유출되는 출구에 각각 물의 흐름 방향으로 분리막(seperator)을 형성하고 물과의 접촉을 증가시키기 위한 공간을 확보함으로써 공기층의 발생 없이 유입된 물로 하여금 상기 접합면을 통해 노출된 2개의 초음파 변환자와의 접촉을 유도하는, 수도 미터 보정 시스템.A water pipe connection through which water flows through the water pipe;
A water meter circuit part measuring a flow rate of water flowing through the water pipe connection part by using two ultrasonic transducers exposed through a joint surface coupled to the water pipe connection part; And
A signal correction unit that is electrically connected to the water meter circuit unit and controls the ultrasonic transducer to derive a correction value that minimizes mechanical deviation between products produced by changing a factor related to the characteristics of the ultrasonic signal and applies it to the ultrasonic transducer Including ;,
The water pipe connection part,
The two ultrasonic transducers are inclined to face each other at an oblique angle so that the opposite surfaces of the two ultrasonic transducers are inserted and exposed through the bonding surface with the water meter circuit part, and the two Three reflectors are alternately attached across the flow of water in close contact with the inner wall between the ultrasonic transducers,
A hole structure through which water passes through is formed to minimize the accumulation of sludge inside,
Separators are formed in the direction of water flow at the inlet and outlet for water inflow, respectively, and a space for increasing contact with water is secured, thereby exposing the inflowed water through the bonding surface without generating an air layer. Water meter calibration system, inducing contact with two ultrasonic transducers.
상기 신호 보정부는,
주파수 스윕(sweep) 대역, 단계별 주파수 변화 크기(level), 및 스윕 횟수를 설정하고,
설정에 따라 상기 초음파 변환자를 제어하여 스윕별로 초음파 신호의 검출값을 저장하며,
물의 흐름과 동일한 방향으로 초음파 신호를 검출한 업-스트림(up-stream) 신호 및 물의 흐름과 상반된 방향으로 초음파 신호를 검출한 다운-스트림(down-stream) 신호의 편차가 작고 진폭이 가장 크도록 상기 초음파 변환자에 대한 제어 인자를 도출하여 보정값으로 설정하는, 수도 미터 보정 시스템.The method of claim 8,
The signal correction unit,
Set the frequency sweep band, the level of frequency change by step, and the number of sweeps,
By controlling the ultrasonic transducer according to the setting, the detected value of the ultrasonic signal is stored for each sweep,
The up-stream signal that detects the ultrasonic signal in the same direction as the water flow and the down-stream signal that detects the ultrasonic signal in the opposite direction to the water flow have the smallest deviation and the largest amplitude. A water meter correction system for deriving a control factor for the ultrasonic transducer and setting it as a correction value.
상기 수도 배관 연결부는,
상기 접합면을 통해 노출된 하나의 초음파 변환자의 일단으로부터 송신된 초음파 신호를 상기 3개의 반사판을 경유하여 다른 하나의 초음파 변환자의 일단에 전달하는 'W' 형태의 반사 경로를 형성하며,
상기 수도 미터 회로부는,
상기 신호 보정부의 제어에 따라 제 1 초음파 변환자를 초음파 신호의 송신기로서 동작시키고 제 2 초음파 변환자를 상기 초음파 신호에 따른 반사 신호의 수신기로서 동작시킴으로써 상기 수도 배관 연결부 내의 반사 경로를 통해 업-스트림 신호를 검출하고, 상기 제 2 초음파 변환자를 초음파 송신기로서 동작시키고 상기 제 1 초음파 변환자를 상기 초음파 신호에 따른 반사 신호의 수신기로서 동작시킴으로써 상기 반사 경로를 통해 다운-스트림 신호를 검출하는, 수도 미터 보정 시스템.The method of claim 9,
The water pipe connection part,
A reflection path in the form of'W' is formed to transmit the ultrasonic signal transmitted from one end of one ultrasonic transducer exposed through the bonding surface to one end of the other ultrasonic transducer through the three reflectors,
The water meter circuit part,
Under the control of the signal correction unit, a first ultrasonic transducer is operated as a transmitter of an ultrasonic signal and a second ultrasonic transducer is operated as a receiver of a reflected signal according to the ultrasonic signal, thereby an upstream signal through a reflection path in the water pipe connection part. And detecting a downstream signal through the reflection path by operating the second ultrasonic transducer as an ultrasonic transmitter and operating the first ultrasonic transducer as a receiver of a reflected signal according to the ultrasonic signal. .
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|---|---|---|---|
| KR1020200045229A KR102212129B1 (en) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | Water meter assembly and compensation system for water meter |
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| KR102212129B1 true KR102212129B1 (en) | 2021-02-04 |
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| KR (1) | KR102212129B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2020-04-14 KR KR1020200045229A patent/KR102212129B1/en active IP Right Grant
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