선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이 논문은 트랜스듀서와 파이프 경계면에서의 투과파에 의한 유속 측정뿐만 아니라, 반사파를 활용하여 파이프 두께도 동시에 측정할 수 있는 겸용 트랜스듀서를 다룬다. 유속 측정을 위해 초음파의 일부가 파이프에 경사지게 투과하는 한편, 두께 측정을 위해 초음파의 다른 일부는 수직 투과하는 트랜스듀서를 고안하였다.
제안 방법
- 유속 측정 기능은 기존의 유속 측정 전용 외장형 초음파 트랜스듀서의 원리에 따라 설계되었다. 겸용 트랜스듀서 시제품과 통상적인 유속 측정 트랜스듀서로 유속을 측정하여 비교하였다. 측정 대상 유속 범위에서 두 가지 측정 결과가 유사하게 나타났다.
- 두께 측정 기능은 초음파가 경계면에 수직 입사하도록 유속 측정용 쐐기 매질에 부가적인 반사면을 추가하는 방식으로 설계되었다. 겸용 트랜스듀서 시제품으로 두 가지 재질을 대상으로 시험하여 측정 가능한 두께 하한값을 파악하였다. 파동 에너지 전달률은 충분하지만 반사파 신호 간의 겹침으로 인해 두께 측정에 한계가 있다.
- 겸용 트랜스듀서를 통해 두께 측정을 위한 반사파를 확인하여 시험을 진행한다. 이론적으로 투과율이 가장 큰 입사각은 θ이다(9).
- 두께 측정 기능은 초음파가 경계면에 수직 입사하도록 유속 측정용 쐐기 매질에 부가적인 반사면을 추가하는 방식으로 설계되었다. 겸용 트랜스듀서 시제품으로 두 가지 재질을 대상으로 시험하여 측정 가능한 두께 하한값을 파악하였다.
- 파동 에너지 전달률은 충분하지만 반사파 신호 간의 겹침으로 인해 두께 측정에 한계가 있다. 수직 입사 방식의 통상적인 트랜스듀서를 사용하여 두께 측정을 하여 결과를 비교하였다.
- 7과 같이 두께 측정을 위한 부분에만 측정대상을 접촉시킨 후 신호가 전파한 시간을 확인한다. 트랜스듀서 내부에서 반사된 파와 측정 대상을 투과한 후 반사된 파의 전파시간의 차이에 매질에서의 전파속도를 곱하여 두께를 파악한다. 이렇게 측정된 두께를 기준기인 교정받은 버니어캘리퍼스로 측정한 두께와 비교한다.
- 파이프에서 흐르는 유체의 유속과 파이프 두께를 동시에 측정할 수 있도록 고안된 외장형 초음파 트랜스듀서를 제작하여, 유속 측정 정확도와 두께 측정 한계를 실험적으로 파악하였다.
대상 데이터
- 1(a)와 같이 제작하였다. 두께 방향 공진의 1차 고유진동수가 1 MHz인 압전원판을 사용하였다. 유속 측정용 전파경로와 두께 측정용 전파경로가 Fig.
- 5에 나타내었다. 수신된 신호에서 50 μs의 신호는 파이프 표면을 따라 전파된 표면파이며, 유속 측정에 사용된 신호는 184 μs의 신호이다. Table 3의 데이터를 Fig.
- 12 m/s이다. 실험에 사용된 STS304 직관의 바깥지름은 114 mm, 안지름은 108 mm이며 초음파 전파경로는 V-path이다. 이러한 방식으로 트랜스듀서가 파이프에 설치된 모습의 사진을 Fig.
- 입사각 θ−1°와 θ+1°에서의 반사파의 수신신호 크기를 비교한다. 실험에 사용된 계측기는 펄스 송수신기(Panametrics 5072PR)와 오실로스코프(Tektronix TDS3032)이다. 입사각 θ에서 관찰된 신호를 Fig.
- 같은 방법으로 금속 재질의 두께를 겸용 트랜스듀서로 확인한다. 실험에 사용된 시편은 재질이 STS 304이며 두께는 30~1 mm 범위에서 6가지이다. 실험 장치의 구성을 Fig.
- 트랜스듀서의 쐐기 매질과 같은 플라스틱 재질의 두께를 겸용 트랜스듀서로 확인한다. 측정 대상 플라스틱은 겸용 트랜스듀서의 쐐기 매질과 재질이 같아서 초음파 투과 시 손실이 적기 때문에 수신 신호를 확인하기에 금속보다 용이하다.
데이터처리
- 유속이 안정된 후, Fig. 4(b)에 보인 컨트롤러(GE Panametrics AT868)를 사용하여 매 초마다 측정되는 유속을 30초 동안 관찰하여 평균하였고, 그 결과를 교정된 전자유량계(ABB FEP311)로 측정한 결과와 비교하였다. 이와 더불어 통상적인 유속 측정용 트랜스듀서로도 같은 측정을 진행하였다.
- 겸용 트랜스듀서를 통해 측정된 유속을 기준기로 측정한 결과와 비교하였다. 측정 유속 범위는 실험에 사용된 펌프 용량에 따라 1.
- 유속과 두께를 동시에 측정하기에 앞서, 두께만을 측정하여 이론적 해석과 비교한다. 실험은 Fig.
이론/모형
- 유속 측정 기능은 기존의 유속 측정 전용 외장형 초음파 트랜스듀서의 원리에 따라 설계되었다. 겸용 트랜스듀서 시제품과 통상적인 유속 측정 트랜스듀서로 유속을 측정하여 비교하였다.
- 전반적으로 유속 측정용 트랜스듀서에서는 쐐기 매질과 파이프의 경계면에 비스듬히 입사된 종파가 투과파와 반사파로 나누어진다. 입사각과 굴절각의 관계는 Snell의 법칙으로 설명된다(11,12). 일반적으로 유속 측정에는 투과파만 사용되는데, 이를 위한 설계가 앞서 보고된 바 있으며(9) 이 논문에서도 유속 측정에 활용하였다.
성능/효과
- 고안된 겸용 트랜스듀서는 유속 측정을 1~3 m/s 범위에서 확인하였다. 또한 두께 측정을 플라스틱에서 38~53 mm, 금속에서 20~30 mm 범위에서 확인하였다.
- 측정 대상 유속 범위에서 두 가지 측정 결과가 유사하게 나타났다. 교정된 기준 유량계의 측정 결과와도 비교하였고, 3 % 미만의 오차율로서 유속 범위 전체에서 평균 1.2 % 오차율로 양호하였다.
- 고안된 겸용 트랜스듀서는 유속 측정을 1~3 m/s 범위에서 확인하였다. 또한 두께 측정을 플라스틱에서 38~53 mm, 금속에서 20~30 mm 범위에서 확인하였다.
후속연구
- 겸용 트랜스듀서 시제품으로 두 가지 재질을 대상으로 시험하여 측정 가능한 두께 하한값을 파악하였다. 파동 에너지 전달률은 충분하지만 반사파 신호 간의 겹침으로 인해 두께 측정에 한계가 있다. 수직 입사 방식의 통상적인 트랜스듀서를 사용하여 두께 측정을 하여 결과를 비교하였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.