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[김태순]

(1) 용적식 (Positive Displacement) 유량계

1) 원리
용적식 유량계는 계량부의 유입구와 유출구의 유체 차압에 따라 회전자가 회전하면서 회전자와 본체 사이의 일정 용적의 공간에 충만된 유체를 출구 측으로 통과시켜 회전자의 회전수를 측정함 으로써 통과량을 측정할 수 있는 유량계이다.

또한, 회전자의 회전 속도에서 유량의 순시치를 알 수 있다. 가동부의 형상, 작동 원리에 따라, 여 러 가지 종류의 것이 있으나, 일반적으로 OVAL Gear 형이 가장 많이 사용되고 있다.

2) 특징
① 최고의 정도와 신뢰성 표준급은 ±0.5 % 이내, 정밀급은 ±0.2 % 도가능
② 유체의 점도 변화에 따른 씁향이 비교적 적 고, 고점도 유체에 있어서도 오차가 적다.
③ 맥동에 따른 씁향이 거의 없다.
④ 유량계 전후단의 직관부가 필요 없다.
⑤ 넓은 범위의 유량계측 가능
⑥ 가격이 비싸다.

(2) 터빈 (Turbine) 유량계

1) 원리
지지통(支持筒)으로서 지지된 Housing 중심 에 위치한 축, Corn (상)(하), 여러 개의 자성체 날개(흐름에 대해 각도를 갖고 있다.)를 가진 회 전자, 축수부로서 내부가 구성되어 있다.

Housing의 외부에는 pick-up coil이 단자함 안에 회전자와 대응하여 장착되어 있다.

pick-up coil에는 자석이 내장되어 있고, 유 체에 의해 회전자가 회전하면 pick-up에 있는 자석의 자계가 날개(blade)에 의해 끊겨 coil에 기전력이 발생하고, 이 기전력이 증폭기(preamplifier)에서 증폭 정형(整形)되어 구형(矩形)의 출력 pulse를 적산, 지시하여 유량계로서 사용 한다.

2) 특징
① 다양한 Type에 따라 제작되고 있다.
② Type에 따라 정도가 다르다. ± 0.5%~± 2%까지 광범위하다.
③ 고압 유체에도 사용할 수 있다. (Max. 3,500㎏/㎠)
④ 가격은 정도에 따라 차이가 크다.
⑤ 매우 광범위하게 사용하게 있으며, 사용 실 적도 매우 많다.

(3) 와류(Vortex) 유량계

1) 원리
유체의 유속변화에 따른 소용돌이 발생수를 직접 주파수 변화로 감지하는 유속변화형과, 소용돌이 발생에 의해 소용돌이 발생체(Shedder, Bluff Body)에 작용되는 힘의 변화를 주파수 변화로 감 지하는 압력변화형으로 구분한다.

2) 특징
① 원리, 구조가 간단하다.
② 액체, 기체 및 증기에 이르기까지 각종 유체 를 같은 유량계로 측정할 수 있다.
③ 출력 신호는 체적 유량에 비례하며, pulse 출력도 직접 얻을 수 있다.
④ Rangeability가 크고, 정도가 높다.
⑤ Orifice plate에 비하여 압력 손실이 적다.
⑥ Slurry가 포함된 유체나 부착성이 있는 유 체에는 사용할 수 없다.
⑦ 유속분포의 영향을 받는다.

(4) 전자 (Magnetic) 유량계

1) 원리
전자 유량계의 측정원리는“도체가 자계내를 횡 단할 때, 도체의 양쪽 끝에 기전력이 유기된다."라 는 전자 유도 법칙에 의거한다.

 유량계의 원리와 용도

도전성 유체가 흐르는 측정관을 직각으로 횡단 하도록 자계를 걸어주면, 측정관과 자계에 직교하 는 방향으로 체적 유량에 비례하는 신호기전력이 발생한다. 신호기 전력의 발생방향은 Fleming의 오른손 법칙에 따르며, 신호기 전력의 크기는 다음식과 같다.

e=k·B·D·Va-----  ①

여기에서,

e : 신호 기전력 (V)

k :정수
B :자속묀로(T)
D : 측정관의 내경 (m) Va : 평균 유속 (m/s)

체적유량을 Qv라 하면,

Qv=π/4 ·D2·Va(㎥/s)----- ②

이되며, 위의식을 다음과 같은변형시킬수 있다.

e=4·k·B/π·D ·Qv----  ③

여기에서, 자속묀도 B를 일정하게 하면, 관내를 흐르는 유체의 유량은 신호기 전력을 측정하여 구 할 수 있다.

실제로, 전자 유량계에서는 측정관의 위 아래에 coil을 감아 넣고 여자전류를 흘려 자계가 발생하 도록 하씀으며, 또한 전극이 직접 유체에 닿도록 측정관의 안쪽에 배치하여 신호기 전력을 뽑아내 도록 되어 있다.

2) 특징
① ± 0.5%의 높은 정도를 유지한다.
② 구조가 매우 간단하다.
③ 접지가 필요한 경우가 있다.
④ 저유속부터 높은 유속까지 측정 가능하다. (0.1 m/s - 10 m/s)
⑤ Slurry가 있는 액체도 측정 가능하다.
⑥ 부착성이 있는 유체는 사용할 수 없다.
⑦ Lining과 전극의 재질이 다양하므로, 부식성 이 있는 유체에도 사용 가능하다. ⑧0.5 ㎲/㎝ 이하의 순수 또는 유체에는 사용 할 수 없다.

(5) 초음파 (Ultrasonic) 유량계

1) 원리
초음파 유량계의 원리는 유체중에 초음파를 전 파(傳播)시켜 배관안의 유속을 측정하여 여기에 배관의 단면적을 곱하고 다시 유속분포에 대응하 는 보정연산을 하여 유량을 산출한다.

현재 초음파 유량계로서 실용되고 있는 것의 대 부분은 그 원리가 전파 속도 차법 및 Doppler법 이라고 부르고 있는 것으로서, 여기에서는 이 두 가지 방시만을 설명하고자 한다.

① 전파 속도차법 (Time-of-Flight, Transit Time)

전파속도차법의 기본원리는 초음파가 유체를 통 과할 때, 상류에서 하류로 향할 때와 하류에서 상 류로 향할 때와는 전파 속도가 다르다. 이 두 경우 의 속도차가 유속에 비례하는 것을 이용하고 있 다.

전파 속도의 변화를 시간차로 검출하는 가, 주 파수차 또는 위상차로 검출하는 가에 따라서 전파 시간차법, 주파수차법 또는 위상차법이라 부르고 있다.

② Doppler 법에 의한 유량 측정

Doppler 법은 Doppler 효과를 이용하여 속도 를 구하는 것으로서, 공업측정 분야에서 널리 이 용되고 있다. 또한 유량 측정 분야에서 실용화된

 
유량계의 측정기술과 활용방법

것은 주로 연속파 방식이므로 이 방식에 대하여 설명하겠다.

초음파를 유체중으로 발사하면, 발사된 초음파 는 유체중의 부유물 또는 기포에 의해 산란 반사 된다. 이때, 기포 또는 미소한 부유물을 유체속도 로서 이용하고 있다고 볼 수 있으므로, 이 산란 반 사된 초음파를 수신하면 그때의 주파수는 Doppler 효과에 의해 다음 식으로 표현된다.

fr=ft x c+v·.cosθ/c-v·.cosθ =  =ft(1+ 2·v·.cosθ/c)

여기에서,

ft : 송신 초음파 주파수

fr : 수신초음파주파수

c : 유체중의 음속
v : 유체속도
θ : 초음파의 전파 방향과 유체가 흐 르는 방향과의 교각

2) 특징
① 비접촉시이므로 광범위하게 사용할 수 있다.
② 설치시 세심한 주의가 필요하다.
③ 유체에 따라 선정에 주의한다.
④ 직관거리가 많이 필요하다.
⑤ 가격이 고가이다.
⑥ 오차는 ± 2% 정도이다.
⑦ 대형 관로(1,000 mm 이상)에서 주로 사용 한다.

(6) 질량(Mass) 유량계

A) Coriolis Mass Flow Meter

1)원리
질량유량계는 유체가 흐르는 Sensor Unit와 변환기에 상당하는 Electronics Unit로 구성되 어 있다. Sensor Unit는 2개의 Tube와 전자 발 진기, 좌우 위치 검출 Sensor, 온도 Sensor 및 2 중 분류관으로 구성되어 있다.

입구로부터 유입된 유체는 2중 분류관에 따라 각각 50%씩 균등히 분류된다. 2개의 Sensor Tube는 전자 발진기에 의하여 고유 진동수로 일 정한 진폭으로 진동되고 진동하는 Tube에 유체가 흐르면, Tube는 CORIOLIS힘에 의하여 뒤틀림 각이 발생하고 뒤틀림 각은 Tube 내를 통과하는 질량 유량에 비례하는 것을 이용하여 질량 유량을 측정한다.

Sensor Tube는 그 자체의 탄성계수와 Tube내의 유체의 질량에 따라 결정된 고유 주파수로 진동한다.

2)특징 
- 직접질량유량계측
- 광범위한 유체 계측 가능
- 고정도, 고감도
- 온도, 압력, 점도의 허용범위가 넓다.
- 빠른 주파수 출력 가능
- 묀도, 농도 계측 가능
- 맥동 유체의 계측 가능

B) Thermal Mass Flow Meter

1)원리
Thermo Mass는 Meter에 내장된 Thermo Sensor의 열 손실을 측정하거나 열 주입에 의한 유체의 온도 변화를 측정하여 유체의 질량을 측정 한다.

Mass Flow Meter의 기본 공식은 다음과 같다.

F= q / Cb(Td - Tu)

F= Mass Flow(㎏/s) q = Heat가 추가되는 rate(W) Cb = 유체의 specific heat[J/(㎏·K)]

[도우미]

010-3488-3679 희석님