Open Channel Measuring Principle

개방형 수로 유량계는 어떻게 유량을 측정할수 있을까?

개방형 수로 유량계는 유량 측정 경로의 어느 지점에서 대기에 개방 된 액체의 유량 측정을 수행합니다. 액체는 전체적으로 대기로 개방되거나, 액체로 가득 차지 않고 유량계 자체의 설치 지점에서만 대기에 개방 된 폐쇄 된 파이프 내에 포함될 수 있습니다.
어떤 유형의 개방형 수로 유량 측정 기술이 사용되었는지에 상관없이, 개방 수로 유량측정을 위한 매닝 방정식을 사용하여 유체 수로의 실제 유량을 계산하는 유량 컴퓨터 (파이프, 스트림 , 등), 속도 측정 및 레벨 측정을 서로 연계 사용하여 유량값을 산출할수가 있다.  

전통적 개방형 수로 유량 측정 방법

개방형 수로 유량계에는 여러 가지 종류가 있는데, flume이나 weir과 같은 1차유량 측정장치를 사용하는 전통적인 방법입니다. 이들은 1차유량 측정장치, 트랜스 듀서 및 유량 트랜스미터로 구성됩니다. 유체에 잠긴 1차유량 측정장치는 액체 흐름을 제한합니다. 유동 조건 하에서, 이러한 제한은 1차유량 측정장치의 상류 또는 내부에서 액체 레벨을 상승시킨다. 유량이 증가하면 레벨이 높아집니다. 레벨을 감지하기 위해 1차유량 측정장치 위 또는 근처에 변환기가 설치됩니다. 유량 트랜스미터는 트랜스 듀서의 신호를 사용하여 레벨을 측정하고 액체 유량을 결정합니다. 채널을 좁게 만드는 flume, 댐 같은 장애물 위로 액체를 이동시키는 weir 및 노즐에서 떨어지기 전에 액체의 흐름을 제한하는 노즐 등 다양한 형상이 개방형 수로 유량 측정에 사용됩니다. 개방형 수로 유량계의 제한된 적용 가능성으로 인해 1차유량 측정장치의 제작용 자재는 일반적으로 이러한 용도를 대상으로하는 재료로 제한됩니다. 크기는 수 인치에서 수십 피트에 이릅니다. 소형 오픈 채널 유량계를 구입하는 것이 일반적으로 비용이 적게 들며 실제 현장에는 더 큰구조 (일반적으로 콘크리트로)로 구성합니다.

Flume과 Weirs를 사용하는 전통적인 개방형 유량계의 문제점

이러한 방법은 1차유량 측정장치를 사용하기 때문에 침전물, 먼지 및 기타 부스러기가 이 장치의 바닥에 축적되는 경우가 많으므로 레벨 측정이 매우 부정확하게되어 전반적인 유량 측정 정확도가 저하 될 수 있습니다. 또한, 이러한 1차유량 측정장치의 원래 형태는 시간이 지남에 따라 마모되고 파열되어 전체 유량 측정 시스템에 부정확성을 추가로 초래합니다. 이러한 이유로 이러한 장치는 쓸모 없게됩니다. SmartMeasurementTM는 시장에서 사용 가능한 더 나은 방법이 있다는 간단한 이유 때문에 이러한 유형의 장치를 제공하지 않습니다.

면적 속도에의한 유량측정 방법

개방형 수로유량을 측정하기 위한 두 가지 유형의 Area Velocity (AV) 측정방법이 있습니다. 두 가지 유형 모두 통과 시간 또는 도플러 초음파 기술을 사용합니다. 면적 속도 법은 유체의 단면적에 평균 속도를 곱하여 유량을 계산합니다. 이것은 연속 방정식 Q = A x V로 종종 지칭되며, 여기서 Q는 유량, A는 유체의 단면적 V는 유체의 평균 속도입니다.

도플러 초음파 유량 측정기술

개방형 수로 유체에 대한 도플러 유량 측정은 상대적으로 높은 주파수로 지정된 지점에서 유체의 순간 속도를 기록하도록 설계됩니다. 유량 측정은 도플러 이동 효과에 따라 원격 샘플링 볼륨의 입자 속도를 측정하여 수행됩니다. 이 기법을 사용하는 속도 성분은 레벨 측정 및 개방형 수로 유량 컴퓨터와 결합되어 실제 개방형 수로 유량 측정을 계산합니다.

도플러 유량계는 채널의 바닥에 위치를 해서 종종 오염되어서 부정확 한 유량 측정을 유발합니다. 도플러 (Doppler) 기술은 센서쪽으로 향하는 입자의 속도를 측정하기 때문에 센서에서 보이는 것만 측정합니다. 유체의 입자는 서로다른 속도로 이동하며 또 유체의 모든 입자의 속도를 측정 할 수 없으므로 유체의 평균 흐름을 나타내지 않으며 전체 개방형 채널 유량 측정에서 불확실성을 유발합니다.

전통적 통과시간(TT) 초음파 유량측정 기술

이것은 음향 펄스의 이동속도가 유체의 상류로 이동하는 것보다 하류로 이동하는것이 빠르다는 음향펄스 이동시차를 이용하는 측정방법입니다. 이것은 'TOF'이라고도합니다. 하류 방향의 흐름을 가로 질러 대각선 방향으로 진행하는 음향 펄스는 물의 속도 성분으로 가속되고 반대로, 대각선 상류로 진행하는 음향 펄스는 물의 속도 성분으로 감속이 됩니다. 두 개의 트랜스 듀서 사이의 TOF의 차이는 유체 속도에 직접 비례합니다. 일련의 플로우 트랜스 듀서는 개방 수로를 통해 쌍으로 구성되며, 쌍을 이룬 트랜스 듀서에 의해 측정 결합 된 속도는 평균화되어 전체 유로의 실제 유체의 프로파일을 제공합니다. 이 기법을 사용해서 측정된 속도 성분은 레벨 측정 및 실제 개방형 수로 유량 측정을 계산하는 유량 컴퓨터와 결합되어  유량측정에 사용하고 있습니다.

기존의 TT 기술은 다른 유량 측정 기술보다 월등하지만 전체 측정에서 부정확성을 여전히 있습니다. 흐르는 유체에는 많은 미립자, 기포 또는 부스러기가 있으면 쌍을 이루는 트랜스 듀서 사이의 초음파신호는 반사 될 수 있습니다. 또한 요구되는 직관부를 상류 및 하류에서  (대개 상류는 직경의 8-10 배 및 하류는 직경의 2-5배)충분히 갖춤으로써 측정 지점에서 완벽히 형성된 유체 프로파일을 얻을수 있다. 한쌍의 트랜스 듀서가 수로를 통해 올바르게 정렬되지 않으면 유량측정이 부정확 할 수도 있습니다.

SmartMeasurement™ Transit Time DSP 초음파유량 측정기술

SmartMeasurementTM ALSONIC-AVM 개방형 수로 유량 측정 시스템은 개방형 수로에서 유량을 측정하기 위해 사용자가 제공하는 레벨 트랜스미터와 함께 사용되는 면적 속도 측정기입니다. 개방형 수로 유량계 인 ALSONIC-AVM은 고급 DSP 기반 유량 컴퓨터와 4 개의 트랜스 듀서로 구성되며 개방형 수로 유속을 측정하기 위해 초음파 사운드 펄스의 통과 시간차를 사용합니다. 초음파 펄스는 유체흐름 방향과 음파 경로 사이의 각도 α로 채널을 가로 질러 상류와 하류로 전달되며, 음파의 이동 시간의 차이는 액체 속도에 직접 비례합니다. ALSONIC-AVM은 유량계의 초음파 빔이 피코 초 단위로 유체 속도를 측정 할 수있는 당사 고유의 특허받은 "정밀 시간 측정 기술"을 사용합니다. 이러한 신속하고 연속적인 속도 측정은 개방형 수로 유량 측정 시스템에 항상 존재하는 움직이는 입자에 대한 정확하고 드리프트없는 유량 측정을 가능하게합니다. ALSONIC-AVM 오픈 채널 유량계는 흐름는 유체에서 다양한 크기의 입자를 최대 30 %까지 측정 할 수 있습니다. 다른 모든 경쟁사의 유량 시스템은 마이크로 초 간격으로 측정하므로 흐는 유체에서 움직이는 입자로 인해 오류가 발생할 가능성이 높아집니다.

ALSONIC-AVM 개방형 수로 유량계는 직사각형, 원형, 사다리꼴 또는 다른 모양의 수로를 사용할 수 있습니다. 트랜스 듀서는 거의 유체의 흐름에 제한을 만들지 않기 때문에 사실상 수두 손실은 발생하지 않습니다. 상호 상관 및 FFT 기술이 적용된 고급 DSP 기반의 유량 컴퓨터는 이 시스템이 높은 농도의 부유 물질 및 공기 또는 노이즈 성분이 많은 액체를 포함한 아주 어려운 어플리케이션에서도 작동 할 수 있도록합니다. 당사의 고유 한 TT 기술은 이상적유체 흐름 프로파일보다 좋지않은 곳에서도 정확한 유량 측정을 가능하게합니다. ALSONIC-AVM은 옵션 인 Laser Pointer Alignment (특허 취득) 옵션도 함께 제공하므로 쌍으로 연결된 각 트랜스 듀서의 정확한 정렬이 보장됩니다.