초음파 유량계(ULTRASONIC FLOW METER)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2015년06월25일
(11) 등록번호 10-1531648
(24) 등록일자 2015년06월19일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
G01F 1/66 (2006.01) G01H 5/00 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2014-0079428
(22) 출원일자 2014년06월27일
심사청구일자 2014년06월27일
(65) 공개번호 10-2015-0033519
(43) 공개일자 2015년04월01일
(30) 우선권주장
JP-P-2013-197266 2013년09월24일 일본(JP)
(56) 선행기술조사문헌
JP2006220670 A*
KR1020110097278 A*
KR1020120025385 A*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
에스엠시 가부시키가이샤
일본 도쿄도 치요다쿠 소토칸다 4쵸메 14-1
(72) 발명자
마루야마 데쯔로
일본 300-2493 이바라키켄 츠쿠바미라이시 기누노
다이 4-2-2 에스엠시 가부시키가이샤 츠쿠바 기쥬
츠 센터 내
스즈키 다카미츠
일본 300-2493 이바라키켄 츠쿠바미라이시 기누노
다이 4-2-2 에스엠시 가부시키가이샤 츠쿠바 기쥬
츠 센터 내
(74) 대리인
특허법인에이아이피
전체 청구항 수 : 총 6 항 심사관 : 김윤선
(54) 발명의 명칭 초음파 유량계
(57) 요 약
본 발명은, 초음파 유량계에 관한 것으로, 이러한 초음파 유량계(10)는, 액체가 흐르는 하우징(14)과, 상기 하우
징(14)의 양단부에 설치되어 음파 신호를 발신, 수신할 수 있는 음파 송수신부(16a, 16b)를 포함한 한 쌍의 검출
부(18a, 18b)를 구비한다. 이러한 하우징(14)의 양단부에는 한 쌍의 연결 플러그(34, 58)가 각각 접속된다. 그리
고, 일측의 연결 플러그(34)의 공급 통로(36)와, 하우징(14)의 도관부(20))와, 타측의 연결 플러그(58)의 배출
통로(60)가 일직선상에 설치되고, 상기 공급 통로(36)로 공급된 액체가 도관부(20)의 통로(12)를 통하여 상기 배
출 통로(60)로 흐른다. 따라서, 음파 송수신부(16a, 16b)에 의하여 음파 신호를 발신, 수신하여 전달 운반 시간
에 기초한 액체의 유량이 측정된다.
대 표 도
등록특허 10-1531648
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명 세 서
청구범위
청구항 1
액체가 흐르는 통로(12)를 내부에 가지는 케이싱(14)과, 상기 통로(12)를 밀착 지지하고 상기 케이싱(14)의 내
부에 대향 배치되어 음파 신호를 발신, 수신할 수 있는 한 쌍의 검출부(18a, 18b, 102a, 102b)와, 상기 케이싱
(14)의 양단부에 접속되어 상기 액체가 공급, 배출되는 한 쌍의 포트 부재(34, 58)를 구비하며, 상기 음파 신호
에 기초하여 상기 액체의 유량을 측정하는 초음파 유량계(10, 100)에 있어서,
상기 케이싱(14), 상기 포트 부재(34, 58) 및 상기 검출부(18a, 18b, 102a, 102b)가 일직선상에 설치되고, 상
기 포트 부재(34, 58)의 일측으로부터 공급된 상기 액체가, 상기 케이싱(14)의 내부에 있어서 상기 검출부(18a,
18b, 102a, 102b)의 외주측에 형성된 연통로(84)를 통하여 상기 통로(12)로 흘러 상기 포트 부재(34, 58)의 타
측으로 흐르고,
상기 케이싱(14) 또는 상기 포트 부재(34, 58)의 어느 일측의 단부 외주면에는, 반경 외측 방향으로 돌출된 돌
기부(46, 66)가 형성되고, 상기 돌기부(46, 66)를 가진 상기 케이싱(14) 또는 상기 포트 부재(34, 58)의 어느
일측과는 반대가 되는 상기 포트 부재(34, 58) 또는 상기 케이싱(14)에는, 상기 단부가 눌려 넣어지는 홈부(48,
68)가 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
청구항 2
청구항 1에 있어서,
상기 포트 부재(34, 58)와 상기 케이싱(14)은, 상기 포트 부재(34, 58)와 상기 케이싱(14) 각각에 형성된 나사
부(32, 34a, 56, 58a)를 상호 나사 결합시킴으로써 연결되고, 상기 나사부(32, 34a, 56, 58a)는 사다리꼴형 나
사로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
청구항 3
청구항 1에 있어서,
상기 케이싱(14)과 상기 포트 부재(34, 58)의 연결 부위에는, 해당 케이싱(14) 및 상기 포트 부재(34, 58)의 축
선과 직교 방향으로 삽입되어 상호 결합시키는 멈춤 핀(42)이 설치되는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
청구항 4
삭제
청구항 5
청구항 1에 있어서,
상기 케이싱(14)에는, 상기 통로(12)와 연통하고, 상기 액체의 상태를 검지하기 위한 센서(28)가 장착되는 장착
포트(26)가 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
청구항 6
청구항 1에 있어서,
상기 검출부(102a, 102b)는, 상기 통로(12)측을 향하여 돌출된 돌출부(110)를 중앙부에 가진 홀더(104)를 구비
등록특허 10-1531648
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하고, 해당 홀더(104)의 내부에는, 해당 홀더(104)보다 상기 음파 신호의 전달 운반 속도가 빠른 전달 운반 부
재(106)를 설치하는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계.
청구항 7
청구항 6에 있어서,
상기 돌출부(110)는, 상기 통로(12)측을 향하여 서서히 앞이 가늘어지는 단면이 삼각 형상으로 형성되는 것을
특징으로 하는 초음파 유량계.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은, 액체에 대하여 음파를 전달 운반시켰을 때의 전달 운반 속도차에 기초하여 해당 액체의 유량을 검출[0001]
하는 초음파 유량계에 관한 것이다.
배 경 기 술
종래로부터, 예를 들면, 액체가 흐르는 도관의 상류측과 하류측에 한 쌍의 송수파기(transducer)를 배치하고,[0002]
일측의 송수파기로부터 보내진 초음파를 상기 도관의 내벽면에서 반사시켜 타측의 송수파기에 받아들이도록 하
고, 이러한 초음파의 전달 운반 속도차에 기초하여 액체의 유속 또는 유량을 측정하는 초음파 유량계가 알려져
있다.
이와 같은 초음파 유량계는, 예를 들면 일본등록특허 제2793133호 공보(특허문헌1)에 개시된 바와 같이, 액체가[0003]
공급되는 공급 도관과 상기 액체가 배출되는 배출 도관을 가진 측정 도관을 구비하고 있다. 그리고, 측정 도관
의 일단부에는 제1 측정 헤드가 형성되고, 상기 측정 도관의 타단부에는 제2 측정 헤드가 형성된다. 이러한 제1
및 제2 측정 헤드는, 음파 발신기, 또는, 음파 수신기로서 기능하고, 예를 들면, 제1 측정 헤드로부터 펄스 형
상의 음파 신호가 발신되며, 제2 측정 헤드에 있어서 음파 발신기로서 상기 음파 신호를 수신한다. 계속하여,
제1 측정 헤드가 수신기에 절환되고, 제2 측정 헤드로부터 발신된 음파 신호를 수신함으로써, 해당 음파 신호의
전달 운반 속도차에 기초하여 액체의 유량을 측정하고 있다.
그러나, 특허문헌1에 개시된 초음파 유량계에서는, 공급 도관으로 공급된 액체가 대략 직각으로 방향을 바꾸어[0004]
측정 도관으로 흐르는 구성으로 하고 있으므로, 상기 액체의 급격한 방향 변환에 의하여 압력 변화가 생겨 난류
가 되며, 액체 중에 함유되어 있는 공기가 기포가 됨으로써 제1 및 제2 측정 헤드에 대향한 측정 도관의 내벽면
에 부착하는 일이 있다. 그 결과, 부착된 기포가 음파 신호의 전달 운반을 방해하게 되고, 액체의 유량 측정 정
밀도 저하를 초래하게 된다.
또한, 일본등록특허 제3246851호 공보(특허문헌2)에 개시된 초음파 유량계에서는, 유입관의 양단부에 각각 송수[0005]
신기를 배치함과 동시에, 상기 유입관의 축선에 대하여 소정 각도 경사지게 한 공급관 및 배출관을 각각 양단부
에 접속하고 있다. 이러한 공급관과 배출관은 일직선상이 되도록 설치되고, 각각 만곡된 곡관을 통하여 유입관
에 접속되어 있다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 특허문헌1에 따른 초음파 유량계와 비교하여, 공급관으로부터 유입관으로 액체가[0006]
흐를 때, 또는, 상기 유입관으로부터 상기 배출관으로 액체가 흐를 때의 압력 변화가 저감되고, 기포 발생도 억
제된다. 그러나, 이러한 초음파 유량계에 있어서도, 유입관에 대한 공급관 및 배출관의 접속이 직선 형상이 아
니라 단차 형상으로 되어 있으므로, 적지않은 압력 손실은 일어나게 되며, 기포의 발생을 면할 수도 없다.
그리고, 일본공개특허 특개2002-365106호 공보(특허문헌3)에 개시된 초음파 유량계에서는, 관상체의 표면에 대[0007]
면하도록 한 쌍의 초음파 송수신기가 설치되고, 상기 초음파 송수신기는, 상기 관상체의 축선에 대하여 예각이
되도록 배치되어 있다. 이러한 초음파 유량계에서는, 액체가 흐르는 관상체가 일직선상에 형성되어 있으므로,
해당 액체가 흐를 때에 압력 변화가 일어나는 일이 없이 기포의 발생이나 액의 적체가 억제되는 구성으로 되어
있다.
등록특허 10-1531648
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선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 일본등록특허 제2793133호 공보 [0008]
(특허문헌 0002) 일본등록특허 제3246851호 공보
(특허문헌 0003) 일본공개특허 특개2002-365106호 공보
발명의 내용
해결하려는 과제
위에서 서술한 특허문헌3의 초음파 유량계에서는, 압력 변화에 수반한 기포의 발생은 억제되는 구성으로 하고[0009]
있으나, 일측의 초음파 송수신기로부터 발신된 음파 신호가 관상체의 내벽면에 의하여 반사시키거나 굴곡시키도
록 하여 전달 운반된 후, 타측의 초음파 송수신기에서 수신되는 구성으로 하고 있다. 따라서, 음파 신호의 전달
운반에 의하여 액체의 유량을 정확히 측정하기 힘들어, 이에 수반하여 유량 정밀도의 저하를 초래함과 동시에,
저유량시의 측정이 곤란하게 된다.
또한, 특허문헌1, 특허문헌2 및 특허문헌3에 따른 초음파 유량계에서는, 메인 측정 도관에 대하여 공급관 및 배[0010]
출관이 직경 방향으로 돌출되어 있으므로, 초음파 유량계를 설치할 때에 큰 스페이스가 필요하게 됨과 동시에,
상기 공급관 및 상기 배출관에 접속되는 배관의 설치 및 배치가 복잡하게 되어버린다.
본 발명의 일반적인 목적은, 기포의 발생을 억제함으로써 액체의 유량 정밀도의 저하를 억제할 수 있으면서도,[0011]
설치 환경에 있어서 스페이스 절약화를 도모할 수 있는 초음파 유량계를 제공하는 것에 있다.
과제의 해결 수단
본 발명은, 액체가 흐르는 통로를 내부에 가지는 케이싱과, 통로를 밀착 지지하여 케이싱의 내부에 대향 배치되[0012]
어 음파 신호를 발신, 수신할 수 있는 한 쌍의 검출부와, 케이싱의 양단부에 접속되어 액체가 공급, 배출되는
한 쌍의 포트 부재를 구비하고, 음파 신호에 기초하여 액체의 유량을 측정하는 초음파 유량계에 있어서,
케이싱, 포트 부재 및 검출부가 일직선상에 설치되고, 포트 부재의 일측으로부터 공급된 액체가, 케이싱의 내부[0013]
에 있어서 검출부의 외주측에 형성된 연통로를 통하여 통로로 흘러 포트 부재의 타측으로 흐르는 것을 특징으로
한다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 한 쌍의 검출부가 케이싱의 내부에 설치된 초음파 유량계에 있어서, 케이싱의 내부에 형성된[0014]
통로를 밀착 지지하여 각각 검출부가 수납되고, 케이싱의 양단부에는 한 쌍의 포트 부재가 접속되어 있다. 그리
고, 일측의 포트 부재로부터 공급된 액체가, 일직선상에 설치된 케이싱의 내부에서 검출부의 외주측에 형성된
연통로를 통하여 통로로 흐른 후, 타측의 포트 부재로 흐름으로써, 그 압력 변동이 작게 억제되어 압력 변동에
기인한 기포의 발생을 억제할 수 있게 된다.
그 결과, 액체 중에서 발생한 기포가 검출부에 부착함에 의한 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있으며, 검출부[0015]
에 의하여 높은 정밀도인 액체의 유량을 측정할 수 있다.
또한, 한 쌍의 포트 부재와 케이싱이 일직선상에 배치됨으로써, 직경 방향으로 대형화해버리는 일이 없이, 초음[0016]
파 유량계의 설치 환경에 있어서 스페이스 절약화를 도모할 수 있으며, 포트 부재에 접속되는 배관도 일직선상
에 접속할 수 있으므로, 배관의 설치 및 배치가 용이하게 된다.
위에서 서술한 목적과 다른 목적, 본 발명의 특징 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 설명되는 이하의 실시 형[0017]
등록특허 10-1531648
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태의 설명으로부터 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 초음파 유량계의 전체 단면도이다.[0018]
도 2a는, 도 1의 초음파 유량계에 있어서 일측의 검출부 부근을 나타낸 확대 단면도이며, 도 2b는, 도 1의 초음
파 유량계에 있어서 타측의 검출부 부근을 나타낸 확대 단면도이다.
도 3은, 도 2a에 있어서 제1 연결부와 연결 플러그의 연결 부위 부근을 나타낸 추가 확대 확대 단면도이다.
도 4는, 도 1에 나타낸 하우징의 도관부측으로부터 일측의 검출부를 본 정면도이다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 초음파 유량계의 전체 단면도이다.
도 6은, 도 5의 초음파 유량계에 있어서 일측의 검출부 부근을 나타낸 확대 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이러한 초음파 유량계(10)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 물, 약액 등의 액체가 공급되는 통로(12)를[0019]
가지는 하우징(14, 케이싱)과, 상기 하우징(14)의 양단부에 설치되고, 음파 신호를 발신, 수신할 수 있는 음파
송수신부(16a, 16b)가 내장된 한 쌍의 검출부(18a, 18b)를 포함한다.
하우징(14)은, 예를 들면, 스테인리스 강 등의 금속제 재료로 형성되고, 직선 형상으로 형성되는 도관부(20)와,[0020]
해당 도관부(20)의 일단부에 형성되는 제1 수납부(22)와, 상기 도관부(20)의 타단부에 형성되는 제2 수납부(2
4)를 포함한다.
도관부(20)는, 축방향(화살표 A, B 방향)을 따라 소정 길이를 가지고, 그 중앙부가 가장 작은 직경으로 일단부[0021]
및 타단부측을 향하여 각각 서서히 직경이 확장하도록 형성된다. 또한, 도관부(20)의 대략 중앙부에는, 해당 도
관부(20)의 축선과 대략 직교하여 외주면으로부터 반경 외측 방향으로 돌출된 장착 포트(26)가 형성된다. 이러
한 장착 포트(26)에는, 예를 들면, 하우징(14) 내를 흐르는 액체의 압력을 측정하기 위한 압력 센서나, 상기 액
체의 온도를 측정하기 위한 온도 센서 등의 각종 측정 센서(28, 센서)가 선택적으로 설치 가능하다. 이러한 측
정 센서(28)는, 하우징(14)의 외부로부터 장착 포트(26)에 대하여 삽입되고, 그 센싱부가 통로(12) 내로 돌출되
도록 형성된다(도 1 중, 2점 쇄선 형상 참조).
그리고, 하우징(14)은, 금속제 재료로 형성되는 경우에 한정되는 것은 아니며, 수지제 재료로 형성하여도 좋다.[0022]
제1 수납부(22)는, 도 1 및 도 2a에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 원통 형상으로 형성되어 도관부(20)에 대하[0023]
여 직경이 확장된 대략 일정 직경으로 형성됨과 동시에, 그 내부에는 일측의 검출부(18a)가 수납된다. 또한, 제
1 수납부(22)에는, 도관부(20)로부터 이격하는 방향(화살표 A 방향)을 따라 연장 형성된 제1 연결부(30)가 형성
되고, 그 외주면에는 제1 나사부(32, 나사부)가 형성된다.
이러한 제1 나사부(32)는, 예를 들면, 단면이 사다리꼴 형상의 나사산을 가진 사다리꼴형 나사로 이루어지며,[0024]
제1 연결부(30)의 외주측에는 제1 나사부(32)를 통하여 연결 플러그(34, 포트 부재)가 접속된다.
연결 플러그(34)는, 그 일단부가 개방된 원통 형상으로 형성되고, 내주면에 형성된 나사부(34a)가 제1 연결부[0025]
(30)의 제1 나사부(32)에 나사 결합된다. 따라서, 연결 플러그(34)가, 제1 연결부(30)의 외주면을 감싸도록 장
착됨과 동시에, 타단부측(화살표 A 방향)의 대략 중앙부에 형성된 공급 통로(36, 포트)를 통하여 액체가 하우징
(14)측으로 공급된다.
이러한 공급 통로(36)는, 하우징(14)의 제1 수납부(22)에 연통되고, 도관부(20)와 일직선이 되도록 형성되며,[0026]
연결 플러그(34)의 타단부에는, 외주면에 장착되는 커플링 부재(38)를 통하여 도시하지 않은 배관이 접속된다.
그리고, 이러한 배관은, 도시하지 않은 액체 공급원과 접속되어 있다.
또한, 연결 플러그(34)에는, 그 외주면으로부터 반경 내측 방향을 향하여 관통된 관통홀(40)이 형성되고, 해당[0027]
관통홀(40)에는 축방향을 따라 멈춤 핀(42)이 삽입된다. 즉, 멈춤 핀(42)은, 하우징(14) 및 연결 플러그(34)의
축선과 직교하는 방향에 삽입된다.
이러한 멈춤 핀(42)은, 그 선단이 제1 연결부(30)의 외주면까지 삽입됨으로써, 제1 연결부(30)에 연결된 연결[0028]
등록특허 10-1531648
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플러그(34)의 상대적인 회전 변위, 즉, 느슨해짐을 방지하고 있다. 그리고, 관통홀(40)에는, 멈춤 핀(42)이 삽
입된 후에, 멈춤 볼(44)이 개구부에 눌려 넣어짐으로써 상기 멈춤 핀(42)이 지지되어 탈락되어 빠지는 것이 방
지된다.
바꿔 말하면, 멈춤 핀(42)은, 하우징(14)의 제1 연결부(30)에 대한 연결 플러그(34)의 느슨해짐을 방지하는 느[0029]
슨해짐 방지 기구로서 기능하다.
그리고, 제1 연결부(30)의 선단부에는, 도 2a 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 그 외주면에 있어서 단면이 반원 형[0030]
상인 링 형상으로 팽창하여 돌출된 돌기부(46)가 형성되어 있다. 그리고, 제1 연결부(30)에 연결 플러그(34)가
연결된 후, 제1 연결부(30)의 선단부가 연결 플러그(34)의 내부에 형성된 압입홈(48, 홈부)에 눌려 넣어지고,
돌기부(46)가 압입홈(48)의 내주면에 슬라이딩하고 접하여 뭉개지는 한편, 제1 연결부(30)의 선단부가 압입홈
(48)에 눌려 넣어져 뭉개진다.
따라서, 제1 연결부(30)와 연결 플러그(34)를 한층 더 확실하고 견고하게 연결할 수 있음과 동시에, 상기 제1[0031]
연결부(30)와 연결 플러그(34) 사이의 기밀이 이루어지고, 제1 수납부(22)와 연결 플러그(34)의 연결 부위로부
터 액체가 외부로 누출되는 것이 방지된다.
또한, 제1 수납부(22)의 외주면에는, 반경 외측 방향으로 돌출된 취출부(50)가 형성되고, 후술할 음파 송수신부[0032]
(16a)의 케이블(86)이 상기 취출부(50)의 중심에 형성된 홀부(52)를 통하여 하우징(14)의 내부로부터 외부로 취
출된다. 그리고, 취출부(50)는, 제1 수납부(22)의 외주면에 있어서 도관부(20)에 근접한 위치에 형성된다.
제2 수납부(24)는, 도 1 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 제1 수납부(22)와 대략 동일한 형상이 되는 원통 형상으[0033]
로 형성되고, 도관부(20)에 대하여 직경이 확장된 대략 일정 직경으로 형성됨과 동시에, 그 내부에는 타측의 검
출부(18b)가 수납된다. 또한, 제2 수납부(24)에는, 도관부(20)로부터 이격하는 방향(화살표 B 방향)을 향하여
연장 형성된 제2 연결부(54)가 형성되고, 그 외주면에는 제2 나사부(56, 나사부)가 형성된다. 이러한 제2 나사
부(56)는, 예를 들면, 단면이 사다리꼴 형상 나사산을 가진 사다리꼴 나사로 이루어지며, 제2 연결부(54)의 외
주측에는 제2 나사부(56)를 통하여 연결 플러그(58, 포트 부재)가 접속된다.
연결 플러그(58)는, 그 일단부가 개방된 원통 형상으로 형성되고, 내주면에 형성된 나사부(58a)가 제2 연결부[0034]
(54)의 제2 나사부(56)에 나사 결합됨으로써, 상기 제2 연결부(54)의 외주면을 감싸도록 장착된다. 한편, 연결
플러그(58)에 있어서 타단부측(화살표 B 방향)의 대략 중앙부에 형성된 배출 통로(60, 포트)를 통하여 액체가
외부로 배출된다. 이러한 배출 통로(60)는, 하우징(14)의 제2 수납부(24)와 연통하고, 도관부(20)와 일직선상이
되도록 형성된다.
또한, 연결 플러그(58)에는 그 외주면으로부터 반경 내측 방향을 향하여 관통된 관통홀(62)이 형성되고, 해당[0035]
관통홀(62)에는 축방향을 따라 멈춤 핀(42)이 삽입된다. 즉, 멈춤 핀(42)은, 하우징(14) 및 연결 플러그(58)의
축선과 직교하는 방향에 삽입된다. 그리고, 연결 플러그(58)의 타단부에는, 외주면에 장착되는 커플링 부재(6
4)를 통하여 도시하지 않은 배관이 접속된다.
이러한 멈춤 핀(42)은, 그 선단이 제2 연결부(54)의 외주면까지 삽입됨으로써, 제2 연결부(54)에 연결된 연결[0036]
플러그(58)의 상대적인 회전 변위, 즉, 느슨해짐을 방지하고 있다. 그리고, 관통홀(62)에는, 멈춤 핀(42)이 삽
입된 후에, 멈춤 볼(44)이 개구부에 눌려 넣어짐으로써 상기 멈춤 핀(42)이 지지되어 탈락되어 빠지는 것이 방
지된다.
바꿔 말하면, 멈춤 핀(42)은, 하우징(14)의 제2 연결부(54)에 대하여 연결 플러그(58)의 느슨해짐을 방지하는[0037]
느슨해짐 방지 기구로서 기능하다.
그리고, 제2 연결부(54)의 선단부에는, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 그 외주면에 있어서 단면이 반원 형상인 링[0038]
형상으로 팽창하여 돌출된 돌기부(66)가 형성되어 있다. 그리고, 제2 연결부(54)에 연결 플러그(58)가 연결된
후, 제2 연결부(54)의 선단부가 연결 플러그(58)의 내부에 형성된 압입홈(68, 홈부)에 눌려 넣어지고, 돌기부
(66)가 압입홈(68)의 내주면에 슬라이딩하고 접하여 뭉개지는 한편, 제2 연결부(54)의 선단부가 압입홈(68)에
눌려 넣어져 뭉개진다. 따라서, 제2 연결부(54)와 연결 플러그(58)를 한층 더 확실하고 견고하게 연결할 수 있
음과 동시에, 상기 제2 연결부(54)와 연결 플러그(58) 사이의 기밀이 이루어지고, 제2 수납부(24)와 연결 플러
그(58)의 연결 부위로부터 액체가 외부로 누출되는 것이 방지된다.
또한, 제2 수납부(24)의 외주면에는, 반경 외측 방향으로 돌출된 취출부(70)가 형성되고, 후술할 음파 송수신부[0039]
(16a)의 케이블(86)이 상기 취출부(70)의 중심에 형성된 홀부(72)를 통하여 하우징(14)의 내부로부터 외부로 취
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출된다. 그리고, 취출부(70)는, 제2 수납부(24)의 외주면에 있어서 도관부(20)에 근접한 위치에 형성된다.
검출부(18a, 18b)는, 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 하우징(14)의 제1 및 제2 수납부(22, 24)에 각각 수[0040]
납되고, 해당 하우징(14)의 통로(12)와 대면하도록 장착되는 홀더(74)와, 상기 홀더(74)의 내부에 배치되고 설
치되는 음파 송수신부(16a, 16b)를 포함한다.
홀더(74)는, 예를 들면, 수지제 재료로 이루어져 단면이 대략 U자 형상으로 형성되고, 그 중앙부에 축 방향(화[0041]
살표 A, B 방향)을 따라 연장 형성되는 수납홀(76)을 가짐과 동시에, 개방된 일단부가 연결 플러그(34, 58)측,
바닥을 가진 형상으로 형성된 타단부가 통로(12)측이 되고, 상기 통로(12)와 대면하도록 배치되어 있다.
그리고, 홀더(74)에는, 예를 들면, 수지제 재료로서 불소 수지가 이용된다. 이러한 홀더(74)의 타단부에는, 도
2a 및 도 2b와 같이, 통로(12)측을 향하여 구면 형상으로 팽창하여 돌출된 만곡부(78)를 구비하고, 상기 만곡부
(78)는 통로(12)와 대면하도록 소정 반경으로 형성되며, 통로(12)의 축선 위가 되는 중앙부가 가장 팽창하여 돌
출되어 있다. 이러한 만곡부(78)의 반대측에는, 수납홀(76)의 단부가 배치되고 음파 송수신부(16a, 16b)가 장착
되어 있다.
또한, 홀더(74)의 일단부가 되는 수납홀(76)의 개구부에는, 그 내부에 음파 송수신부(16a, 16b)가 수납된 상태[0042]
에서 캡(80)이 장착되고, 단면이 원 형상으로 형성된 캡(80)에 의하여 상기 수납홀(76)이 밀폐된다. 따라서, 수
납홀(76)의 내부가 밀폐된 상태가 된다.
그리고, 홀더(74)의 타단부 부근에는, 수납홀(76)과 외주측을 연결하는 케이블 홀(82)이 형성되며, 해당 케이블[0043]
홀(82)은 하우징(14)의 홀 부(52, 72)와 일직선 상에 배치되어 연통하고 있다.
또한, 홀더(74)의 외주부에는, 축 방향(화살표 A, B 방향)을 따라 관통된 복수(예를 들면, 3 개소)의 연통홀[0044]
(84, 연통로)이 형성되고, 상기 연통홀(84)을 통하여 하우징(14)의 통로(12)와 연결 플러그(34)의 공급 통로
(36), 연결 플러그(58)의 배출 통로(60)가 각각 연통하고 있다. 이러한 연통홀(84)은, 도 4와 같이, 예를 들면,
단면이 장원 형상이며, 홀더(74)의 둘레 방향을 따라 상호 등간격으로 이격하여 형성된다.
음파 송수신부(16a, 16b)는, 예를 들면, 플레이트 형상으로 형성된 압전 소자(피에조 소자)로 이루어지며, 평면[0045]
형상으로 형성된 홀더(74)의 수납홀(76)에 장착됨과 동시에, 하우징(14)의 도관부(20)에 대하여 대략 직교하도
록 설치된다. 즉, 음파 송수신부(16a, 16b)는, 하우징(14)의 통로(12)를 흐르는 액체의 흐름 방향(화살표 A, B
방향)에 대하여 대략 직교하도록 배치되어 있다. 이러한 음파 송수신부(16a, 16b)에는 한 쌍의 케이블(86)이 접
속되고, 상기 케이블(86)은 홀더(74)의 케이블 홀(82) 및 하우징(14)의 홀부(52, 72)를 통하여 외부로 유도되고
배출되어 있다. 그리고, 음파 송수신부(16a, 16b)는, 케이블(86)을 통하여 도시하지 않은 제어부와 전기적으로
접속된다.
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 초음파 유량계(10)는, 기본적으로는 이상과 같이 구성된 것이며, 다음에 그 작[0046]
동 및 작용 효과에 관하여 설명한다. 그리고, 도시하지 않은 액체 공급원으로부터 배관을 통하여 공급 통로(3
6)로 액체가 공급되며, 상기 액체가 상기 공급 통로(36)에 있어서 일측의 검출부(18a)의 연통홀(84)을 통하여
통로(12)로 흐른 후, 타측의 검출부(18b)의 연통홀(84)을 통하여 배출통로(60)로 흐르고 있다.
이와 같이 초음파 유량계(10)에 있어서 하우징(14)의 통로(12) 내에 액체가 흐른 상태에 있어서, 예를 들면, 하[0047]
우징(14)의 일단부에 연결된 일측의 검출부(18a)의 음파 송수신부(16a)로부터 음파 신호를 발신하고, 상기 음파
신호가 통로(12)의 내벽면에서 반사되면서 액체 중에 전달 운반되고, 상기 하우징(14)의 타단부에 연결된 타측
의 검출부(18b)의 음파 송수신부(16b)에서 수신된다. 이 경우, 음파 신호가 액체의 흐름 방향(도 1 중 화살표 B
방향)을 따라 전달 운반된다.
또한, 반대로, 하우징(14)의 타단부에 연결된 타측의 검출부(18b)의 음파 송수신부(16b)로부터 음파 신호를 발[0048]
신하고, 상기 음파 신호를 상기 하우징(14)의 일단부에 연결된 일측의 검출부(18a)의 음파 송수신부(16a)에서
수신한다. 이 경우, 음파 신호가 액체의 흐름 방향에 대하여 반대 방향(도 1 중, 화살표 A 방향)으로 전달 운반
된다.
그리고, 음파 송수신부(16a, 16b)에서 수신된 음파 신호에 기초한 수신 신호가, 케이블(86)을 통하여 도시하지[0049]
않은 제어부로 출력되고, 검출 신호로부터 액체의 흐름 방향(화살표 B 방향)을 따라 음파 신호를 전달 운반시킨
경우의 전달 운반 시간(T1)과, 액체의 흐름 방향과 반대 방향(화살표 A 방향)으로 상기 음파 신호를 전달 운반
시킨 경우의 전달 운반 시간(T2)에 기초하여 전달 운반 시간차(ΔT)를 제어부(미도시)에 있어서 산출한다. 이러
한 전달 운반 시간차(ΔT)로부터 액체의 유속(V)이 산출된다.
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이상과 같이, 제1 실시 형태에서는, 한 쌍의 검출부(18a, 18b)가 하우징(14)의 내부에 수납된 초음파 유량계[0050]
(10)에 있어서, 하우징(14)의 양단부에 각각 연결 플러그(34, 58)가 연결되고, 일측의 연결 플러그(34)의 공급
통로(36)를 통하여 공급되는 액체가 상기 하우징(14)의 통로(12)를 통하여 타측의 연결 플러그(58)의 배출 통로
(60)로부터 외부로 배출된다. 이러한 연결 플러그(34, 58)이, 하우징(14)의 통로(12)에 대하여 일직선 상이 되
도록 접속되어 있으므로, 상기 액체가 상기 공급 통로(36)로부터 상기 통로(12)로 흐를 때, 및, 상기 통로(12)
로부터 상기 배출 통로(60)로 흐를 때, 그 압력 변동이 작게 억제되고, 해당 압력 변동에 기인한 기포의 발생을
억제하는 것이 가능하게 된다.
그 결과, 액체 중에서 발생한 기포가 검출부(18a, 18b)의 홀더(74)에 부착하는 것이 억제되며, 해당 기포의 부[0051]
착에 기인한 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있으며, 상기 검출부(18a, 18b)에 의하여 높은 정밀도인 액체의
유량을 측정할 수 있다.
또한, 하우징(14)의 양단부에 한 쌍의 연결 플러그(34, 58)을 일직선 상이 되도록 접속하고 있으므로, 종래기술[0052]
에 따른 초음파 유량계와 비교하여, 상기 하우징(14)의 외주측에 대형화하여버리는 일이 없이, 설치 환경에 있
어서 스페이스 절약화를 도모할 수 있음과 동시에, 연결 플러그(34, 58)에 대하여 배관을 일직선 상에 접속할
수 있으므로, 해당 배관의 설치 및 배치가 용이하게 된다.
그리고, 하우징(14)의 제1 및 제2 수납부(22, 24)에 있어서, 제1 및 제2 연결부(30, 54)의 외주면에 사다리꼴형[0053]
나사로 이루어진 제1 및 제2 나사부(32, 56)를 형성하고, 해당 제1 및 제2 나사부(32, 56)에 대하여 외주측으로
부터 연결 플러그(34, 58)의 나사부(34a, 58a)를 각각 나사 결합시키고 있다. 따라서, 통상의 단면이 삼각 형상
인 나사를 채용한 경우와 비교하여, 하우징(14)에 대한 연결 플러그(34, 58)의 체결력을 견고하게 할 수 있으므
로, 상기 연결 플러그(34, 58)의 느슨해짐을 억제할 수 있으며, 초음파 유량계(10)에 있어서 느슨해짐이 적은
체결을 실현할 수 있다.
그리고 또한, 하우징(14)에 있어서 제1 및 제2 수납부(22, 24)에 대하여 각각 연결 플러그(34, 58)가 나사 결합[0054]
된 상태에서, 상기 연결 플러그(34, 58)의 관통홀(40, 62)을 통하여 내주측을 향하여 멈춤 핀(42)을 삽입하고,
그 선단을 제1 및 제2 연결부(30, 54)의 외주면에 각각 결합시키고 있다. 따라서, 제1 및 제2 수납부(22, 24)에
대한 연결 플러그(34, 58)의 느슨해짐을 확실하게 방지할 수 있다.
따라서, 예를 들면, 초음파 유량계(10)에 대하여 진동이 부여된 경우라도, 하우징(14)에 대한 연결 플러그(34,[0055]
58)의 느슨해짐이 확실히 방지되고, 저렴한 가격과 간소한 구성으로 연결 플러그(34, 58)에 접속된 배관의 이탈
과 뽑힘을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.
그리고 또한, 제1 및 제2 연결부(30, 54)의 단부에 링 형상의 돌기부(46, 66)을 형성함으로써, 상기 제1 및 제2[0056]
연결부(30, 54)에 대하여 연결 플러그(34, 58)를 나사 결합시켰을 때, 해당 돌기부(46, 66)가 상기 연결 플러그
(34, 58)의 압입홈(48, 68)에 눌려 넣어져 변형함으로써, 상기 제1 및 제2 연결부(30, 54)와 연결 플러그(34,
58) 사이의 기밀을 확실하게 행할 수 있으며, 게다가, 더욱 견고한 체결을 할 수 있게 된다.
또한, 하우징(14)에 있어서 도관부(20)의 장착 포트(26)를 형성하여, 해당 장착 포트(26)를 통하여 압력 센서나[0057]
온도 센서 등의 측정 센서(28)를 직접, 그리고, 선택적으로 설치할 수 있다. 일반적으로, 액체의 유량을 측정하
는 경우에는, 정밀도를 높일 목적으로 상기 액체의 온도를 측정하여 온도 보정을 하고 있으나, 예를 들면, 그
온도 측정을 행하기 위한 온도 센서를 초음파 유량계(10)와는 별개로 설치한 경우와 비교하여, 배관을 간소화할
수 있음과 동시에, 유량 측정을 행하고 있는 액체의 바로 부근에 측정 센서(28, 온도 센서)를 배치할 수 있으므
로, 더욱 높은 정밀도의 온도 측정을 행할 수 있으며, 높은 정밀도의 온도 보정에 의하여 높은 정밀도의 유량
측정을 행할 수 있게 된다.
다음으로, 제2의 실시 형태에 따른 초음파 유량계(100)를 도 5 및 도 6에 나타낸다. 그리고, 위에서 서술한 제1[0058]
실시 형태에 따른 초음파 유량계(10)와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생
략한다.
이러한 제2 실시 형태에 따른 초음파 유량계(100)에서는, 도 5와 같이, 검출부(102a, 102b)를 구성하는 음파 송[0059]
수신부(16a, 16b)와 홀더(104) 사이에 진동 흡수 부재(106, 전달 운반 부재)가 각각 설치되어 있는 점에서, 제1
실시 형태에 따른 초음파 유량계(10)와 서로 다르다.
이러한 검출부(102a, 102b)는, 도 5 및 도 6과 같이, 하우징(14)의 제1 및 제2 수납부(22, 24)에 각각[0060]
수납되고, 해당 하우징(14)의 통로(12)와 대면하도록 장착되는 홀더(104)와, 상기 홀더(104)의 내부에 배치되고
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설치되는 음파 송수신부(16a, 16b)와, 상기 음파 송수신부(16a, 16b)와 상기 홀더(104) 사이에 수납된 진동 흡
수 부재(106)를 포함한다.
홀더(104)는, 예를 들면, 수지제 재료로 이루어져 단면이 대략 U자 형상으로 형성되고, 그 중앙부에 축 방향(화[0061]
살표 A, B 방향)을 따라 연장 형성된 수납홀(108)을 가짐과 동시에, 통로(12)와 대면하는 타단부에는 단면이 삼
각 형상으로 돌출된 원추부(110, 돌출부)를 가진다.
진동 흡수 부재(106)는, 예를 들면, 진동을 흡수할 수 있는 수지제 재료로 이루어져 선단이 원추 형상으로 형성[0062]
되고, 해당 선단이 홀더(104)의 원추부(110) 내부에 수납된다. 즉, 진동 흡수 부재(106)는 그 앞 끝이 가늘어지
는 형상의 선단이 통로(12)측이 되도록 배치된다.
그리고, 진동 흡수 부재(106)를 구성하는 수지제 재료로서는, 예를 들면, 폴리에테르이미드(PEI)가 이동된다.[0063]
바꿔 말하면, 진동 흡수 부재(106)는, 수납되는 홀더(104)에 대하여 음파 신호의 전달 운반 속도가 빠른 재질에
의하여 형성되어 있다.
또한, 진동 흡수 부재(106)의 타단부는, 축 방향(화살표 A, B 방향)과 직교하는 평면 형상으로 형성되고, 음파[0064]
송수신부(16a, 16b)가 장착된다.
그리고, 초음파 유량계(100)에 있어서 하우징(14)의 통로(12) 내에 액체가 흐르는 상태에 있어서, 예를 들면,[0065]
하우징(14)의 일단부에 연결된 일측의 검출부(102a)의 음파 송수신부(16a)로부터 음파 신호를 발신하고, 상기
음파 신호가 진동 흡수 부재(106)를 통과한 후, 통로(12)의 내벽면에서 반사되면서 액체 중을 전달 운반되며,
상기 하우징(14)의 타단부에 연결된 타측의 검출부(102b)의 음파 송수신부(16b)에서 수신된다.
이 경우, 음파 신호가 액체의 흐름 방향(도 5 중, 화살표 B 방향)을 따라 전달 운반됨과 동시에, 진동 흡수 부[0066]
재(106)에 의하여 음파 신호의 강도가 증가하여 전달 운반된다.
또한, 반대로, 하우징(14)의 타단부에 연결된 타측의 검출부(102b)의 음파 송수신부(16b)로부터 음파 신호를 발[0067]
신하고, 상기 음파 신호가 진동 흡수 부재(106)를 통과한 후, 상기 음파 신호를 상기 하우징(14)의 일단부에 연
결된 일측의 검출부(102a)의 음파 송수신부(16a)에서 수신한다. 이 경우, 음파 신호가 액체의 흐름 방향에 대하
여 반대 방향(도 5 중, 화살표 A 방향)으로 전달 운반된다.
그리고, 음파 송수신부(16a, 16b)에서 수신된 음파 신호에 기초한 수신 신호가, 케이블(86)을 통하여 도시하지[0068]
않은 제어부로 출력되며, 검출 신호로부터 액체의 흐름 방향(화살표 B 방향)을 따라 음파 신호를 전달 운반시킨
경우의 전달 운반 시간(T1)과, 액체의 흐름 방향과 반대 방향(화살표 A 방향)으로 상기 음파 신호를 전달 운반
시킨 경우의 전달 운반 시간(T2)에 기초하여 전달 운반 시간차(ΔT)를 제어부(미도시)에 있어서 산출한다. 이러
한 전달 운반 시간차(ΔT)로부터 액체의 유속(V)이 산출된다.
이상과 같이, 제2 실시 형태에서는, 검출부(102a, 102b)를 구성하는 홀더(104)의 타단부에, 통로(12)측을 향하[0069]
여 단면이 삼각 형상으로 돌출된 원추부(110)를 형성함으로써, 하우징(14)의 통로(12)를 흐르는 액체가 상기 원
추부(110)에 의하여 정류되어 층류가 되도록 할 수 있으므로, 압력 손실이 작고 기포의 발생을 효과적으로 억제
할 수 있다. 따라서, 검출부(102a, 102b)의 홀더(104)에 대하여 기포가 부착함에 의한 검출 정밀도의 저하를 한
층 더 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 홀더(104)에 있어서 원추부(110)의 내부에 진동 흡수 부재(106)를 설치함으로써, 음파 송수신부(16a,[0070]
16b)에 의하여 발신, 수신되는 음파 신호의 강도가 증가하고, 액체의 유량이 적은 저유량시에 있어서도 충분한
유량 측정을 행하는 것이 가능하게 된다.
그리고, 본 발명에 따른 초음파 유량계는, 위에서 서술한 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하는[0071]
일이 없이, 다양한 구성을 채택하여 얻을 수 있음은 물론이다.
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도면
도면1
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도면2a
도면2b
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도면3
도면4
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도면5
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도면6
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