수위유량계

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contents_img 종류별 특징

 

  1) 전자식 유량계(Electromagnetic Flow Meter)

   o 전자식 유량계는 페러데이(Faraday) 전자기유도법칙을 응용한 것으로 전자유도를 이용하여 유속을 측정하여 유량을 산출하는 유량계

   o 측정원리는 자장에 직각으로 도전체가 이동하면 평균유속에 비례하여 신호기전력이 발생하는데 전기량으로 유속을 간접측정하여 유량

       을 계측하는 계기이다.

※ 전자기유도법칙 : 전자기유도에 의해 회로 내에 유발되는 기전력의 크기는, 회로를 관통하는 자기력선속의 시간적 변화율에 비례한다.

 평균유속 : 관로내를 흐르는 유체의 부피유량을 그 관로의 단면적으로 나눈 값

 

   o 특징

    • 기전력이 수질 및 수온에 영양을 받지 않고 유속에 의하여 절정 됨에 따라 물, 하수도, 슬러지 등 측정범위 넓고 정밀도가 높다.

    • 기전력을 검출하는 형식으로 전도성 유체에 한하여 적용이 가능하다. 또한, 약품 주입부 근처에 설치하는 경우 약품에 의하여 도전율

        불균일이 예상됨으로 설치 위치를 주입 전 상부에 설치하는 것이 바람직하다.

    • 검츨기에 흐름 저항요소가 없어 손실수두는 없으나 만관 상태 유지가 필요하다. 또한 적정유속범위 0.3m/s 이며, 최저 0.1m/s이상

        확보가 필요하다.

    • 설치에는 정밀도를 위하여 상류측 5~10D, 하류측 2~5D 이상의 직선부 유지 필요하며 고가이다.

    • 검출기 내부에 적절한 재질 선정 또는 lining 등을 하는 경우 부식성 액체의 측정도 가능하다.

    • 전자식은 전자유도를 이용한 것으로 모터, 변압기 및 배관에 전류가 흐르고 있는 장소에 설치하는 경우 유도장애를 일으킬 수 있음으로

      위치선정시 고려하여야 한다.

 

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(전자식 유량계)

 

  2) 초음파식 유량계(Ultrasonic Flow Meter)

   o 측정원리는 관로내를 흐름는 유체에 관 외부에서 초음파를 투사하여 유체흐름 정방향과 역방향에서 음파를 측정하여 도달시간차로 유속을 측정하여 유량을 산출하는 방식으로 전달시간차 방식과 도플러 방식이 있다

   o 전달시간차 방식은 정수 공업용수, 농수 등 비교적 깨끗한 물에 적용하고, 도플러 방식은 하수, 공장폐수, 공장배수 등 이물질을 다량 함유한 오수의 개수로 등에 적용되고 있다. 

※ 전달시간차 방식 : 초음파가 유체내를 통과하는 속도는 유체의 평균유속과 일정한 관계가 있다. 이 통과 시간을 측정하여 평균유속을 산출하여 유량을 산출

 ※ 도플러 방식 : 진동원과 관측점의 상대운동에 의해 음, 광 등의 주파수가 변화한다고 하는 도플러 효과를 이용하여 초음파로 평균유속을 산출하여 유량을 산출

 

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(초음파식 유량계)

   o 초음파 유량계는 초음파를 투사하고 측정하는 센서의 수량에 따라 단일빔(Single Beam) 방식과 멀티빔(Multi Beam) 방식이 있다. 또한 센서의 설치 방식에 따라 습식(Wet type)과 건식(Clamp on type 또는 휴대형)이 있다.

    •단일빔 방식은 관내의 한면이나 점에서 1쌍의 검출기로 평균유속을 측정방식이고 멀티빔 방식은 3~5 쌍의 검출기를 이용하여 평균유속을 측정하는 방식이다.

    •멀티빔(Multi Beam) 방식은 직관부가 충분하지 않을 경우 적절하며, 한쌍의 변환기가 고장 났을 경우에도 신호 처리 장치에서 적절한 조작을 통하여 나머지 변환기만으로 유량을 측정할 수 있는 장점이 있다, 반면 온도나 압력 등의 영향으로 파이프가 불균일하게 변경될 가능성이 있는 경우 다중빔 방식은 초음파 전파 경로 변화의 영향으로 측정상 오차가 발생된다.

    •습식은 관사이에 유량계를 삽입하는 In-Line 형식으로 Flange에 의하여 설치되는 방식이다.

    •건식은 관 외부에 센서를 올려놓고 클램프 등으로 밴딩된 형식으로 기존관에 설치하는 경우 관 절단 없이 설치 할 수 있어 이동이 자유로운 장점이 있다.

   o 특징

     • 검츨기에 흐름 저항요소 없어 손실수두가 없고, 검출기는 유체와 비접촉 형식으로 부식 및 오염물질 부착에 의한 우려가 없다.

    • 유속분포의 혼란이 측정 정도에 영향을 줌으로 정밀도를 위하여 상류측 5~10D, 하류측 2~5D 이상의 직선부 유지 필요하다.

     • 건식의 경우 관로 외벽에 검출기를 부착하는 방식으로 이미 설치된 관로에 단수나 관로 가공 없이 설치가능하다. 다만 건식은 설치는 편리하나 측정상 정확도, 정밀도 등에서 습식 보다 떨어진다는 단점이 있다.

     • 관내 흐름은 만관을 유지해야 정밀도가 높으며, 기포 혼입시 정밀도 떨어질 수 있다.

     • 유량계의 전기 계장 배선은 출력 값의 간섭을 막기 위해 각각의 전선관을 사용하여야 한다.

 

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(건식 초음파 유량계)

 

  3) 차압식 유량계 (Differential Pressure Flow Meter)

   o 측정원리는 베르누이 방정식을 응용한 것으로 관내 단면이 축소된 목을 설치하고 축수부분에서 압력수두 일부가 속도수두로 변환됨에 따라 발생하는 수두차를 이용하여 유속을 측정하여 연속방적으로 유량을 산출한다. 목 부분의 직경은 입구부 직경의 1/2~1/4 정도로 하며 대표적인 유량계는 오리피스, 벤츄리관, 노즐 등이 있다.

   o 차압식 유량계는 과거 정수처리 공정에서 주로 적용되어져 왔으나, 최근에는 전자식 및 초음파식이 주를 이루고 있다.

※ 베르누이 방정식 : 유체가 유선(흐름선)을 그리며 흐를 때, 두 점 A와 B의 높이 그리고 두 점에서의 압력과 흐르는 속도 사이의 관계를 두 점에서 역학적 에너지가 보존됨을 바탕으로 수식으로 나타낸 방정식, 즉 흐르는 유체에 대하여 유선(streamline) 상에서 모든 형태의 에너지의 합은 언제나 일정하다는 점을 설명하고 
           

P

V2

+ gh

= Constant

ρ

2

 

       - v는 유선 내 한 점에서의 유동 속도 (m/s)

       - g는 중력 가속도(m/s2)

       - h는 기준면에 대한 그 점의 높이(m)

       - p는 그 점에서의 압력(㎏/㎠)

       - ρ는 유체의 밀도(kg(질량)/m3)

   o 특징

     • 차압방식은 구조가 간단하며 가동부가  없어 내구성 강하다.

     • 설치 장소가 넓게 소요되나, 제작 및 설치가 최적인 경우 교정 없이 정밀도 유지 가능하나, 마모가 발생 하는 등 보편적으로 정밀도는 낮다.

     • 유속분포의 혼란이 측정 정도에 영향을 줌으로 정밀도를 위하여 상류측 10D, 하류측 5D 이상의 직선부 유지 필요 하다.

     • 거의 모든 종류 유체 측정이 가능하나 고형물이 있는 유체에는 적용하기 어렵다.

       - 벤츄리식 유량계의 경우 유량계수가 1에 가까우며, 오리피스나, 노즐보다 압력손실 적다.

 

 

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(차압식 유량계)

 

(차압식 유량계 특성 비교)

종  

장      

단      

오리피스

(Orifice)

① 구조가 간단하고 저가격이다.

 사용조건에 따라 다르나, 거의 반영구적

③ 측정유량 범위 변경시 플레이트 변경만으로 가능하다.

④ 점도는 일반적으로 1∼2%이다

⑤ 액체, 가스, 증기의  유량측정이 가능하고, 광범위한 온도, 압력에서의 유량측정 가능하다.

① 충분한 정도를 보증하기 위해서는 필요한 직관부가 필요하다.

② 벤츄리관에 비해 압력손실이 큼

 낮은 레인지어빌리티이며, 통상 4:1 정도

④ Edge의 마모는 정도에 영향을 미치므로 유체 중에 고형물 함유를 피해야 한다.

⑤ 동절기 주기적인 응축수 배수 필요

노즐

(Nozzle)

① 오리피스에 비해 소량 고형물이 포함된 유량측정에 가능하다

 고온,고압,빠른 유속 유체에도 측정 적당하다.

③ 같은 사양의 오리피스에 비해 유량계수가 60% 이상 많다.

① 오리피스와 같은 구경일 경우에는 레인지어빌리티가 작다.

② 유량 측정 범위 변경시 교환이 오리피스에 비하여 어렵다.

③ 오리피스에 비해 고가이다.

벤츄리관

(Venturi)

① 고형물을 함유한 유체에 적합하다. 단, 차압입출구 막힘이 발생하므로 퍼지 등 대책 필요

② 오리피스 및 노즐에 비해 압력 손실 적다.

③ 유체 체류부가 없으므로 마모에 의한 내구성 좋다.

④ 대유량 측정이 가능하다.

① 가격이 노즐이나  오리피스 보다 고가

② 낮은 레인지어빌리티를 가진다.

③ 유량의 측정 범위 변경시 교환 어렵다.

④ 취부 범위가 크다.

⑤ 동일 사이즈의 오리피스에 비해서 발생 차압이 작다.

 

다음페이지에 계속 됩니다. 

 

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