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초음파 유량계 측정시 응답시간, 필터링, 안정성의 개발

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CASE STUDY 작성자 테솔 조회 188회 작성일 22-10-07 11:49

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유량 모니터링 애플리케이션을 최적화하기 위해서는 측정 응답 시간과 안정성이 중요합니다. 응답 시간은 유량계 측정이 실제 유량 변화에 따라 업데이트되는 속도입니다. 모니터링 미터기의 반응 속도의 시간은 응용 프로그램 설정을 어떻게 하는지에 따라 달라집니다.


예를 들어, 작은 병이 컨베이어 벨트를 따라 이동할 때 채워지는 주스 분사 기계를 예시로 보겠습니다. 이런 작업방식은 흐름의 지속 시간 또는 배치가 매우 짧은 '일괄 애플리케이션'이라고 합니다. 주스 분사 기계를 사용할시 작업자는유량계가 흐름의 시작과 중지를 포착하여 짧은 시간에 병이 완벽하게 채워지기를 원할 것입니다. 또한 매우 안정적인 측정을 필요로 할 것입니다. 이러한 작업시 작업자는 측정값이 변동하지 않도록 유량 변화에 천천히 반응하기를 원할 것입니다. 위 작업시 정확한 값을 알기 위한 실제 유량의 변화에 반응하는 방식을 조정하는 데 사용할 수 있는 제어 장치가 유량계에 있습니다. 제어 장치는 시간 상수 설정입니다.


시간 상수 설정은 설정 메뉴 -> 고급 설정 메뉴에서 유량계의 모바일 앱(Orcas Flowmeter App) 내에서 설정 할 수 있습니다. 시간 상수는 초 단위로 유량계가 유량 변화에 반응하는 데 걸리는 시간을 알려줍니다. (주스 제조업체와 같이) 짧은 흐름 지속 시간으로 작업하는 경우 시간 상수를 0으로 설정하여 흐름의 변화에 가능한 한 빨리 반응하도록 유량계에 지시해야 합니다. 스펙트럼의 다른 쪽 끝(유량 지속 시간을 측정하는 것)에 있고 흐름이 불안정할 경우 시간 상수를 늘려 측정을 부드럽게 할 수 있습니다. 시간 상수가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하기 위해 두 이미지를 참고해 보겠습니다. 



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흐름의 단계 변화와 세 가지 다른 시간 상수에 대한 유량계의 반응을 보겠습니다. 흐름의 단계적 변화는 흐름이 없을 때 발생하며, 갑자기 최대 스로틀에서 펌프가 시작됩니다. 그림 1은 이것이 어떻게 보이는지 보여줍니다. 빨간색 선은 흐름의 실제 단계 상승이고 검은색 선은 세 가지 다른 시간 상수(2, 9, 31초)에 대한 유량계 측정값입니다. 가장 작은 시간 상수의 경우 유량계가 실제 흐름에 훨씬 빠르게 반응하는 반면, 긴 시간 상수는 응답하는 데 더 오래 걸리는 것을 볼 수 있습니다. 


그림 1 이 그림은 흐름의 단계 변화에 대한 유량계 반응을 보여줍니다. 빨간색 선은 실제 흐름이고 검은색 선은 세 가지 다른 시간 상수에 대한 유량계의 반응입니다. 


유량계가 시간 상수 자체보다 실제 유량 값에 도달하는 데 시간이 더 오래 걸린다는 것을 알 수 있습니다. 이것은 시간 상수가 정의되는 방법과 관련이 있습니다. 우리는 '실제 가치의 63%에 도달하는 데 필요한 시간'이라는 정의를 사용합니다. 따라서 실제 흐름의 100%에 도달하려면 '시간 상수' 값 자체보다 시간이 더 오래 걸립니다. 


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그림 2에 표시된 두 번째 예에서, 빨간색 선은 실제 흐름으로, 위아래로 진동하는 다소 불안정합니다. 검은색 선은 다시 다양한 시간 상수에 대한 유량계 측정값입니다. 시간 상수가 클수록 측정값이 더 안정적이라는 것을 바로 알 수 있습니다. 


그림 2 이 그림은 세 가지 다른 시간 상수에 대한 불안정한 흐름(빨간색 선)과 유량계의 일정한 반응을 보여줍니다. 


그림1과 그림2 방법을 모두 사용할 수는 없습니다. 빠른 반응과 부드러움 또는 안정성 사이에는 트레이드오프가 있습니다. 유량계가 즉시 응답하고 동시에 완벽하게 부드러운 측정을 제공할 수는 없습니다. 제공된 두 수치를 비교해 보면 이를 알 수 있습니다. 그림 2에서 시간 상수가 크면 안정성이 양호하지만 그림 1에서는 반응이 느립니다. 또는 그림 1에서 작은 시간 상수는 빠른 응답을 제공하지만 그림 2에서는 불안정합니다. 특정 응용 프로그램의 시간 상수를 조정하여 중간 지점을 찾을 수 있습니다. 


지금까지 우리는 필터링에 대해 이야기했습니다. 여기서 시간 상수를 선택하면 이것이 유량계에 적용되어 사용될 것입니다. 그러나 기본적으로 유량계는 동적 시간 상수를 사용하도록 구성되어 있습니다. 이는 두 가지 장점(부드러운 흐름으로 빠른 시간 응답)을 갖는 문제를 해결하기 위한 자체 방법입니다. 필터링 기능을 약 8년 동안 안정적으로 사용하고 있습니다. 이 모드에서 유량계는 필터링된 값과 비교하여 실제 순간 값을 고려하고 흐름을 원활하게 하기 위해 빠르게 또는 느리게 응답하도록 결정합니다. 잘 작동하지만 완벽한 필터링이나 완벽한 응답 시간을 원하는 경우에는 정적 시간 상수를 사용하는 것이 좋습니다. 


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