유량계분류및특징 한국수자원공사수자원교육원 요 유량계를측정원리에따라분류하고수도계량기및유량계별로측정원리와특징, 장 단점등에대해기술하였다. 약 유량계분류 수도계량기는측정원리나측정유체와의에너지관계, 검출부구조등에따라분류하는데측정원리에의한분류는다음과같다. 측정원리에의한분류 유량

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종옥 명
6 years ago
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1 한국수자원공사수자원교육원 - 목차 - Ⅰ. 유량계분류 Ⅱ. 수도계량기의종류와특징 Ⅲ. 유량계의종류와특징

2 유량계분류및특징 한국수자원공사수자원교육원 요 유량계를측정원리에따라분류하고수도계량기및유량계별로측정원리와특징, 장 단점등에대해기술하였다. 약 유량계분류 수도계량기는측정원리나측정유체와의에너지관계, 검출부구조등에따라분류하는데측정원리에의한분류는다음과같다. 측정원리에의한분류 유량계 체적유량 질량유량 실측식 : 용적식계량기 - 회전차형 (Oval 치차형,Roots 치차 ) - Rotary 피스톤형, 왕복피스톤형 추측식 : 차압식 ( 벤츄리형, 노즐형, 오리피스형 ) 면적식 ( 플로트형, 피스톤형 ) 와류식, 전자식, 초음파식, 터빈식수도미터, 웨어식 Coriolis mass flowmeter Thermal mass flowmeter 측정유체와에너지관계에따른분류 구분 종류 특징 유체가가진에너지를직접이용 용적식계량기, 터빈유량계, 차압유량계, Weir, 각종수도계량기 압력손실이생긴다. 전원등에너지원이불필요 검출부가유체와접촉 검출부구조에따른분류 다른에너지원이필요 전자유량계, 초음파유량계열유량계 압력손실이적음 전원등에너지원필요 검출부가유체와접촉하지않는비접액형이제작되고있음 구조분류유량계종류특징 접가동부가액있음형 용적식계량기 터빈유량계 면적유량계 접선류익차형수도계량기 부관붙임수도계량기 축류익차형수도계량기 정도가높다 ( 용적, 터빈유량계 ) 직관부불필요 ( 용적, 면적 ) 가격저렴 ( 면적 ) 보수에장시간소요 측정유체의제한 압력손실발생 대용량은고가임 슬러리액측정시부적합 구조분류유량계종류특징 접액형 가동부가없음 장애물있음 장애물없음 비접액형 차압 (Orifice) 유량계 와류유량계 Weir 유량계 차압 (Venturi tube) 유량계 전자유량계 초음파유량계 ( 접촉식 ) 벤츄리관분류형수도미터 초음파유량계 (Clamp-On 형 ) 열유량계 수도계량기의종류와특징 측정대상이넓음 비교적가격이저렴 압력손실발생 슬러리액측정시부적합 압력손실이적다 슬러리액측정도가능 가격이고가임 압력손실이없음 측정대상이넓음 배관영향을받기쉬움 수도계량기의측정원리수도계량기는액체용적산부피계로물사용량을적산계량하기위한기계기구또는장치이다. 수도계량기를사용할경우에는수도계량기검정기준에의해규정된검정검사에합격한것을제반조건에맞춰선정하여야한다. 현재국내에서제작사용되고있는수도계량기류는대부분유속에비례하여로터 ( 회전차 ) 의회전속도가변한다는기본원리에의해유량을산출하거나, 압력차비례관계에의해통과수량을측정하는추측식계량기이다.( 수도계량기 : 온수계량기를포함, 구경이 350mm 이하 ) 용적식수도미터 - 오발기어식수도미터 ( 그림 1) 과같이용기내에삽입된 2 개의타원형회전자에기어를형성하여서로맞물려회전하는방식으로유체의압력차에의하여화살표방향으로회전하고케이스에반달모양의공간으로유체를이송하는수도미터이다. 용적식인관계로직관거리에관계가없고, 정도가매우양호하나기어와의마찰로인한마모로불순물발생과이물질유입시의걸림에의한작동불능이자주발생하는문제가있어수도미터로는거의사용되지않고있다

( 그림 1) 오발기어식수도미터 - 헬리컬식수도미터 ( 그림 2) 와같이헬리컬기어식용적유량계는등속회전, 등유량이기때문에맥동이없고양회전자의에너지교환이없어내구성이뛰어나고소음진동이적어석유제품의출하관리및연료의관리에이용되고있다.

( 그림 2) 헬리컬식수도미터 - 로터리피스톤식수도미터 ( 그림 3) 과같이원통형용기내의피스톤이물의유입으로진동궤적을중심으로회전할때용기와피스톤내에있는물을압력에의해밀어내는방식으로유량을측정하는수도미터이다. 역시용적식인관계로직관거리에관계가없고, 정도가 ±0.

계량기실내로물이유입되면서유체의속도분포상태가파괴되므로이수도계량기에서는상, 하류의직관거리가필요없는특징이있다.

2 복갑식 (Multi jit or double case) : Case 가 2 중으로되어입구측에서흘러들어온물이내측케이스에있는여러유입구를통해방사상으로분류되어익차를회전시키는것으로물의분출에너지를효과적으로이용할수있다.

3 ( 그림 1) 오발기어식수도미터 - 헬리컬식수도미터 ( 그림 2) 와같이헬리컬기어식용적유량계는등속회전, 등유량이기때문에맥동이없고양회전자의에너지교환이없어내구성이뛰어나고소음진동이적어석유제품의출하관리및연료의관리에이용되고있다. 역시용적식인관계로직관거리에관계가없고, 정도가매우양호하나이물질유입시의걸림에의한작동불능이자주발생하는문제가있어수도미터로는거의사용되지않고있다. ( 그림 2) 헬리컬식수도미터 - 로터리피스톤식수도미터 ( 그림 3) 과같이원통형용기내의피스톤이물의유입으로진동궤적을중심으로회전할때용기와피스톤내에있는물을압력에의해밀어내는방식으로유량을측정하는수도미터이다. 역시용적식인관계로직관거리에관계가없고, 정도가 ±0.2% 이내로매우양호하나이물질유입시의걸림에의한작동불능이발생하는문제가있다. 현재용적형수도미터로는이형식이사용되고있다. 의해익차를회전시키고회전수에따라통과수량을측정하고, 익차를싸고있는계량실형태에따라단갑식과복갑식으로나눈다. 계량기실내로물이유입되면서유체의속도분포상태가파괴되므로이수도계량기에서는상, 하류의직관거리가필요없는특징이있다. 1 단갑식 (single jet or single case) : 계량실에물유입구 1 개로회전축에직각으로수개의익차가설치되어물이축에대해수직방향으로들어와물의충격에의해회전한다. 2 복갑식 (Multi jit or double case) : Case 가 2 중으로되어입구측에서흘러들어온물이내측케이스에있는여러유입구를통해방사상으로분류되어익차를회전시키는것으로물의분출에너지를효과적으로이용할수있다. 특징 1 단갑식복갑식에비해감도가좋고가격이싸다정밀도가불안정하고마모가심해내구력이떨어진다 2 복갑식정밀도가단갑식보다우수하다익차에균일한힘이작용하고회전부부분마모가적어내구성이우수하다. 3 건식온수나이물질이포함된물의계측에사용하기위한계량기이다. 회전차부분과지침부분이밀폐되어지침부분에물이차지않는다. 겨울철물이얼때부피팽창부분이지침부분으로확대되면서동파를방지하는효과가있어관리자들이선호하기도한다. 계량기의감도가습식에비해떨어지므로정수용으로는습식을사용하는것이유리하다. 물의동결시부피팽창부분만큼의공간을확보한동파방지용도생산되고있다. 4 습식계측되는물이지침부분까지침입하는형식으로이물질에의하여지침이더러워지는경우가있다. 물의유입차단장치가없어감도가건식에비해좋다. ( 그림 3) 로터리피스톤식수도미터 - 접선류익차형수도계량기 측정원리계량기실내에접선상으로유입되는물의에너지에 - 3 -

축류익차형수도계량기 - 측정원리물의흐름방향과평등하게익차를설치하여물의흐름에따라수평축이회전하면워엄기어에의해수직축에전달,

( 그림 4) 접선류익차형수도계량기 ( 그림 7) 축류익차형수도미터 ( 그림 5) 동파방지용접선류익차형수도계량기 성능곡선 ( 그림 6) 수도계량기의성능곡선

이같은값을수도계량기에서는성능곡선이라한다. 특성은용적유량계와비슷하여최초에회전날개를움직이기위해다소의추진력이필요하게되나유량이증가함에따라곧안정성을유지한다.

4 축류익차형수도계량기 - 측정원리물의흐름방향과평등하게익차를설치하여물의흐름에따라수평축이회전하면워엄기어에의해수직축에전달, 지시부를구동하는형식으로상부에밸브나곡관이있으면정확한측정이어려우므로반드시상부와하부에직관부를두어야한다. 일명월트만식 (woltman type) 이라한다. ( 그림 4) 접선류익차형수도계량기 ( 그림 7) 축류익차형수도미터 ( 그림 5) 동파방지용접선류익차형수도계량기 성능곡선 ( 그림 6) 수도계량기의성능곡선 유량보정수도계량기의특성을유체동력학이론으로정확히예상한다는것이불가능하다. 따라서개개의유량계는교정을가하여 rotor 의회전수에따른유량의값이결정되어야만한다. 이같은값을수도계량기에서는성능곡선이라한다. 특성은용적유량계와비슷하여최초에회전날개를움직이기위해다소의추진력이필요하게되나유량이증가함에따라곧안정성을유지한다. - 특징 용적식에비해소형이고구조가간단하여제작이쉽고저가이다. 내구력이있고수리가용이하다. 순시유량과적산유량의측정에적당하다. 용적식에비해압력손실이적다. 유속이급격히변화하는경우오차가발생한다. 상류측은 5D, 하류측은 3D 정도의직관부가필요하다. - 성능곡선 : 접선류익차형과같다. ( 그림 8) 접선류익차형수도계량기성능곡선 - 4 -

- 특징 시간별유량변동폭이큰수용가에적합하다. 소유량과대유량을동시에예측할수있다. 동일구경에서는다른유량계보다사용범위가작다. 이물질에의한폐쇄가많은편이다.

( 그림 9) 횡축축류익차형수도계량기 ( 그림 10) 입축축류익차형수도계량기 부관붙임형수도계량기 - 측정원리접선류익차형수도계량기의일종으로 2 개의계량기를조합한것으로,

소유량인경우는대형계량기의입구가자동밸브에의해닫혀물은소형미터에의해계량된다. 계량이증가해일정값을초과하면자동밸브가열려물은 2 개의미터로흐르게된다.

( 그림 12) 부관붙임수도계량기외형 벤츄리관분류형수도계량기 - 측정원리벤츄리관에서단면적이적은부분은유속이빨라지는대신압력이낮아지고, 단면적이큰부분에서는유속이느려지는대신에압력이높아진다.

5 - 특징 시간별유량변동폭이큰수용가에적합하다. 소유량과대유량을동시에예측할수있다. 동일구경에서는다른유량계보다사용범위가작다. 이물질에의한폐쇄가많은편이다. 자중개폐밸브의미작동시소용량수도계량기의고장가능성이높다. ( 그림 9) 횡축축류익차형수도계량기 ( 그림 10) 입축축류익차형수도계량기 부관붙임형수도계량기 - 측정원리접선류익차형수도계량기의일종으로 2 개의계량기를조합한것으로, 대형익차형수도계량기만으로는유량이큰범위에서사용하는것이유리하나유량이적은범위에서는적산이안되는결점을보완한것으로그구조는대형계량기와소형계량기를결합시킨것이다. 소유량인경우는대형계량기의입구가자동밸브에의해닫혀물은소형미터에의해계량된다. 계량이증가해일정값을초과하면자동밸브가열려물은 2 개의미터로흐르게된다. 그러므로전체사용량은두개의미터에대한적산치를합산하여야한다. ( 그림 12) 부관붙임수도계량기외형 벤츄리관분류형수도계량기 - 측정원리벤츄리관에서단면적이적은부분은유속이빨라지는대신압력이낮아지고, 단면적이큰부분에서는유속이느려지는대신에압력이높아진다. 이두곳에 bypass 배관을연결하면압력차에의하여내부의물이고압부에서저압부로흐른다. 이물량을수도계량기를사용하여측정한것이다. 벤츄리관의차압 (bypass 의차압 ) 은벤츄리관에흐르는유량의제곱에비례하게되어벤츄리관유량과 bypass 유량과는일정한비례관계가성립한다. 현재는단종된수도계량기로 bypass 관에흐르는물에는불순물이모여져서관을폐쇄하는경우가발생하기쉽다. ( 그림 13) 벤츄리관분류형구조 - 특징 압력손실이아주작다. 부유물등에의해스트레이너가막혔을경우오차가심하다. ( 그림 11) 부관붙임형구조 디지털형수도계량기로터의회전수를전기적신호로변환시켜디지털화한수도미터로원격검침시스템이보급되면서활성화되고있는수도계량기이다. 그러나전원이공급되 - 5 -

어야하므로수용가의임의고장시계량이곤란하여확대적용에는문제를안고있다. ( 그림 14) 디지털수도계량기 수도미터특성분석 - 수도미터특성 사용유속측정오차가허용되는범위구간인일정범위이내에서사용하는조건으로설계 제작되었으므로유속은일정범위내로유지하여야한다. 유량계특성수도미터의출력은회전수에비례하는선형특성을갖고있고, 오차는 ± 2% 정도이다.

따라서유량계선정시측정유량범위는최악의조건에서도유량계성능지수에서허용되는범위에적합한유량계를선정토록하여야한다. ( 그림 16) 유량계성능지수를이용한특성곡선 - 시간경과에따른수도미터성능변화 ( 그림 15) 수도계량기성능곡선 사용범위수도미터는선형특성을갖고있어차압식유량계보다사용범위가넓은 10:1 정도이다.

6 어야하므로수용가의임의고장시계량이곤란하여확대적용에는문제를안고있다. ( 그림 14) 디지털수도계량기 수도미터특성분석 - 수도미터특성 사용유속측정오차가허용되는범위구간인일정범위이내에서사용하는조건으로설계 제작되었으므로유속은일정범위내로유지하여야한다. 유량계특성수도미터의출력은회전수에비례하는선형특성을갖고있고, 오차는 ± 2% 정도이다. - 유량계성능지수유량계에서유량계의지시치를직접사용하는경우는거의없고대신 ( 그림 16) 과같이유량계가유량계의허용오차범위내에서사용되는허용구간및그외이상적인거동에서벗어나는정도를보여줄수있는유량계성능지수 (Flow meter Performance Index) 가많이쓰인다. 따라서유량계선정시측정유량범위는최악의조건에서도유량계성능지수에서허용되는범위에적합한유량계를선정토록하여야한다. ( 그림 16) 유량계성능지수를이용한특성곡선 - 시간경과에따른수도미터성능변화 ( 그림 15) 수도계량기성능곡선 사용범위수도미터는선형특성을갖고있어차압식유량계보다사용범위가넓은 10:1 정도이다. 수도미터적정사용유량 구경 (mm) 유 접선류익차형축류익차형 량 ( m3 /h) 50(13) 부관붙임벤츄리분류형 75(20) (25) (25) (40) (40) (40) ( 그림 7) 시간경과에따른수도계량기특성변화 유량계의종류와특징 코리올리스질량유량계양단이고정된 Flow Tube 는일정하게고유진동수로공진을한다. 유체가 Flow Tube 내로흐를때유입, 유출의각각지점에반대방향의힘 (Coriolis Force) 이작용하여 Flow Tube 는진동의반 Cycle 지점에서뒤틀림현상이발생한다. 이뒤틀림현상은 Flow Tube 내의질량유량에비례하고양측에부착된전자 Pick up coil 에의하여질량유량에비례한위상차신호로검출된다. 코리올리스힘은다음식으로나타낼수있다. F=2mωV F : 코리올리스힘 ω : Flow Tube내각속도 M : 유체의질량 V : 유체의속도 - 6 -

( 그림 19) 열질량유량계 ( 그림 18) 코리올리스질량유량계 열질량유량계 (Thermal mass flowmeter) - 측정원리열전달에는전도 (Conduction), 대류 (Convection), 복사 (Radiation) 의 3 가지가있으며,

q = h A ( T wall - T fluid ) q : 열전달량 T wall : 고체면의온도 h : 대류열전달계수 T fluid : 유체의온도 유량계의유입측에서유체의온도를측정하고유량계의중간에서열량을공급한다. 유체를잘혼합한후유출측에서유체의온도를측정하여유체의질량유량을측정하는방식의질량유량계이다.

차압식유량계 - 측정원리관로내에단면축소기구를삽입, 흐름에저항을주어그상류측과하류측에발생하는차압을측정하는것으로차압발생의종류로는벤츄리관, 노즐, 오리피스, V - CONE, segmental wedge, 엘보미터등이있다.

7 ( 그림 19) 열질량유량계 ( 그림 18) 코리올리스질량유량계 열질량유량계 (Thermal mass flowmeter) - 측정원리열전달에는전도 (Conduction), 대류 (Convection), 복사 (Radiation) 의 3 가지가있으며, 유체중에위치한고온의고체표면으로부터유체로의열전달을대류에의한열전달이라한다. 대류에의한열전달량은고체와유체의온도차와, 고체와유체의접한면적에비례하는 Newton 의냉각법칙으로표현한다. q = h A ( T wall - T fluid ) q : 열전달량 T wall : 고체면의온도 h : 대류열전달계수 T fluid : 유체의온도 유량계의유입측에서유체의온도를측정하고유량계의중간에서열량을공급한다. 유체를잘혼합한후유출측에서유체의온도를측정하여유체의질량유량을측정하는방식의질량유량계이다. 열뿐만아니라화학물질이나다른물질을용해시킨후농도를측정하는방법도있다. 열질량유량계는펌프의효율시험에이용되는데이는다음과같다. 물의흡입측온도를 1/1000 까지측정하고펌프에서의손실이물에마찰저항으로작용하여온도를상승시킨다. 상승된물의온도를펌프토출측에서측정하여펌프의효율을계산합니다. 차압식유량계 - 측정원리관로내에단면축소기구를삽입, 흐름에저항을주어그상류측과하류측에발생하는차압을측정하는것으로차압발생의종류로는벤츄리관, 노즐, 오리피스, V - CONE, segmental wedge, 엘보미터등이있다. 유체유동시베르누이방정식에의해단면이축소되거나확대되는곳에서압력이변화하고그차압을이용하여유속과유량을측정하는유량계이다. 유체가외부에서가해진유동이없이온도차이로유동이발생하는현상을자연대류에의한열전달이라한다. 강제대류와자연대류가동시에공존하는혼합대류에의한열전달이대부분이나, 유체의속도가크거나거의정지한경우에는어느한가지대류현상이지배적이다. 대류에의한열전달량을결정하기위한열전달계수인 Nusselt 수 (Nu) 는 Nux = hx x / k Nux : Nusselt 수 hx : 대류열전달계수 x : 고체와유체의접한길이 k : 전도열전달계수 ( 그림 20) 오리피스단면도 2 P1 V1 + g 2 g + Z 1 = P2 g 2 V2 + 2 g + Z 2-7 -

Q = aa 2 2( P - P ) 1 2 r - 차압의전기적신호로의변환구조 - 구조 ( 그림 21) 차압식유량계 ( 그림 22) V-cone 유량계와엘보미터 ( 그림 23) 차압발생기구조와배관연결 - 특징 1 원형관내를정상류가흐르는유체에많이이용된다. 2 비교적광범위의온도, 압력이있는액체, 기체, 증기의측정에이용된다.

8 Q = aa 2 2( P - P ) 1 2 r - 차압의전기적신호로의변환구조 - 구조 ( 그림 21) 차압식유량계 ( 그림 22) V-cone 유량계와엘보미터 ( 그림 23) 차압발생기구조와배관연결 - 특징 1 원형관내를정상류가흐르는유체에많이이용된다. 2 비교적광범위의온도, 압력이있는액체, 기체, 증기의측정에이용된다. 3 단면축소기구는구조가간단하며회전부가없어마모가적고고장이적으며내구성이높아, 유지보수가용이하다. 4 감도, 재현성이좋으므로제어용에적당하다. 5 가격이다른종류의유량계에비해저렴하며, 특히대구경의경우더욱유리하다. 6 단면축소의상 하류에요구되는직관부의길이가매우길다. 7 차압은유량의 2 승에비례하므로유량측정의범위가약 3:1 로제한되며소유량의경우에는정밀도가나빠진다. 즉 Rangeability 가낮다. 8 파동이클경우나유체에기포가함유되어도오차가발생치않으므로맥동방지, 기포방지장치가필요없다. 9 측정유체가차압계에도달하므로부식성유체에는적절한조치가필요하다. 10 일부유량계의경우, 특히오리피스유량계의경 - 8 -

9 우압력손실이크며이로인한동력손실이크다. 11 유출계수및유량측정의정확도는배관의형태, 유체의유동상태에따라큰영향을받는다. 12 유량측정특성및시험데이타가충분하여제작사양, 설계조건등을잘따르면별도의교정없이도신뢰성이높아높은유량측정정확도를얻을수있다. 13 검교정및유지보수시차압발생기를분리하기위해서는균압밸브를가장나중에잠그고분리하면, 조립시에는조립후가장먼저열고, 다음조작을하여야한다. 조임기구에의한유량측정은관로내유속분포가완전히발달된난류속도분포를전제로하기때문에관로유속분포가다를경우에는차압측정등에세심한주의를기울여도큰오차가발생할가능성이있다. 차압식유량계의관로손실과차압에따른유량특성 차압식유량계의직관길이 상류측유동교란요인칫수유량감지부 직경비 b(b=d/d) A Orifice Nozzles Venturis Orifice Nozzles 14 A Venturis Orifice Nozzles 34 A Venturis Orifice Nozzles A Venturis Orifice Nozzles 16 A Venturis Orifice Nozzles 18 A Venturis Orifice Nozzles 12 A Venturis 위에서기술된모든교 Orifice Nozzles 란요인에대한유량감지 B Venturis 부하류층직관부길이 V-cone 직관거리 교축지름비 (β) 벤드 (1) 1개 동일평면위에있는 2 개이상의 0 bend(1) 동일평면위에없는 2 개이상의 90 bend (1)(2) D D D D D D 상류쪽하류쪽 동일평면위에없는 2 개이상의 90 bend(1) 와정류장치를가지는경우 6.5 단면단면축소관확대관 gate v/v 전개 왼쪽에표시한모든조인트류 목의압력연결구로부터측정하여목지름의적어도 4 배이상 차압식유량계의적정사용량 구경 벤츄리, 노즐유량계 오리피스유량계 (mm) 유량 ( m3 /h ) 유량 ( m3 / 일 ) 유량 ( m3 /h ) 유량 ( m3 / 일 ) , , , , , , , , , ,080-10, , ,440-14, , ,040-20, ,200-15, ,000 2,400-24, ,560-20, ,400 3,360-33, ,100 2,040-26, ,800 4,320-43, ,350 2,400-32, ,500 6,000-60, ,000 3,600-48, ,500 8,400-84, ,600 4,800-62, ,500 10, , ,500 6,000-84, ,500 13, , ,500 8, ,000 1, ,000 16, , ,500 10, ,000 1, ,500 20, , ,700 13, ,800 1,200 1,000-10,000 24, , ,000 16, ,000 1,350 1,250-12,500 30, ,000 1,500 1,500-15,000 36, ,000 1,650 1,850-18,500 44, ,000 1,800 2,250-22,500 54, ,000 2,000 2,750-27,500 66, ,

10 초음파유량계 (Ultrasonic flowmeter) - 초음파유량계의정의 사람이들을수있는가청범위 ( 가청주파수 : 16Hz ~ 20kHz) 를벗어난영역의주파수대역의소리로정의할수있다. 초음파유량계에사용되는초음파의주파수범위 : 100 khz ~ 2 MHz 초음파는예민한지향성, 투과, 반사, 굴절등의특성을가지고있어액체는물론기체및고체에서도파동이잘전달되는특성을가지고있다. 이런초음파의특성을이용하여유체의유속을측정하고각종연산에의하여유량을구하는유량을초음파유량계라고한다. (L: 유체중의초음파전파경로길이, θ: 흐름방향과초음파경로와교차각도 ) 로표시되며도달시간 T 2~R 2(t 2) 는 t 2 = 이다. 따라서이때의도달시간차 Δt 는 t 2-t 1 Δt = t 2-t 1 = -----(26) -----(27) - 측정원리흐르고있는유체의서로반대방향에서초음파를발사하면발사된초음파가같은거리를통과해반대편수신기까지도달시걸리는시간에차이가발생하여이차이를측정하여유량으로환산한다. 측정방법에는시간차측정법, 위상차측정법, 주파수차측정법, 도플러측정법이있다. - 종류의분류 측정원리에의한분류전파속도차법 : 시간차법 / 주파수차법 / 위상차법도플러법, 빔편이법, 상관법 센서위치에따른분류 : 접촉식 ( 습식 ), 비접촉식 ( 건식 ) 센서개수에의한분류 : 1 회선, 다회선 ( 그림 26) 초음파도달시간차법측정원리 일반적으로상온에서음속 C 는 1000m/sec 이상이고유속은수 m/sec 이므로 C 2 V 2 cos 2 θ 가성립되어식 27 은다음과같이표시할수있다. Δt = -----(28) 윗식에서유속 V 를구하면 V = -----(29) ( 습식 ) ( 건식 ) ( 그림 24) 초음파유량계의설치 ( 그림 25) 다회선초음파유량계 - 시간차측정방법 (Direct Transit Measurement) ( 그림 26) 에서초음파송신기 T 1 으로부터수신기 R 1 으로초음파를발사할경우초음파속도를 C, 유체의속도를 V 라하면 Vector 합에의해전파속도는 C+Vcosθ 이고이때도달시간 T 1~R 1(t 1) 은 t 1 = -----(25) ( 그림 27) 수온과수중음속과의관계 즉초음파전파경로길이인 L 과유체중의 C 를안다면시간차 Δt 를측정하는것에따라 V 가구해진다. 그러나도달시간 Δt 가매우적기때문에더욱큰신호를얻기위하여다중전파기술도채택되고있다. 또한 V 를정확히구하려면식 29 에서알수있는바와같이음속 C 를정확히알아야한다. 일반적

11 으로유체중의음속은온도와밀접한관계가있다. ( 그림 27) 은수온과수중음속과의관계를나타낸것이다. 예를들어 20 의물이 10 온도변화할때음속은 2% 변화하고유속은 4% 의오차를유발하므로시간차측정방법의경우에는다음방법으로음속변화영향을보상하고있다. t 1 과 t 2 의평균치를구하면 t o = = -----(30) 으로 ( 식 30) 은정지하고있는유체중의초음파도달시간을의미한다. 식 30 에서 C=L/t o 이되어이것을식 29 에대입하면 V = -----(31) 이되고초음파전파경로길이 L 을관경으로표시하여 L=D/sinθ 를 (31) 식에대입하면 ( 그림 28) 다회선초음파유량계의외형 - 위상차측정방법위상차측정법은본질적으로시간차법과동일원 리로볼수있으며위상차 ΔΦ 와시간차 Δt 의관계는 ΔΦ = 2πft.Δt 이다. 이때 ft 는초음파주파수를나타낸다. 따라서위상차는 ΔΦ = -----(34) V = = -----(32) 로표시되어초음파도달시간 t 1 과 t 2 의측정값과관내경 D, 그리고흐름방향과초음파전파경로와의교각 θ 로부터유체온도에따라변화하는음속영향과무관하게유속을구할수있다. 시간차법을이용한초음파유량계가측정하는유속 V 는배관의측정선을통과하는평균유속이며, 단면에대한평균유속은아니기때문에측정유속 V 를 단면에대한평균유속 로환산하기위해서는유량보정계수 k 는알려진수리공식을이용하여결정하여야한다 (33) 로표시되며, 위상차는주파수에비례하므로주파수를높게하는만큼측정감도는어느정도향상되지만주파수를올리면측정가능한최대유속값이내려가므로적절한주파수를선정하여야한다. 또연속파를이용할경우에는 2 개의측정간에상호간섭이생길우려가있다. - 주파수측정법일명 sing around 법이라고도부르는이방법은먼저초음파송신기 T 1 으로부터유체흐름방향으로초음파펄스를발사하여초음파수신기 R 1 에서수신한다. 이때증폭기 1 에서수신호를증폭하여그출력을 T 1 에가하면 T 1 으로부터다시초음파펄스가발사되고이후에는이러한반복이행해진다. 유량보정계수 k 는 Re 의함수로아래의식중하나가대표적으로이용되고있다. 1 블라지우스의식 ( Re 10 6 ) k = Re 게이빌게일의식 ( Re 10 6 ) 3 키비리스의식 ( Re 10 5 ) ( 그림 29) 주파수측정법원리 반복주기 t 1 = 이므로반복주파수 (sing around frequency) f 1 은 f 1 = 1/t 1 = -----(35)

12 이고역방향 T 2 ~ R 2 에대하여도같은동작이행해져반복주파수 f 2 는 이된다. f 2 = 1/t 2 = f 1, f 2 간의주파수차 Δf 는 Δf = f 1 - f 2 = 2V L -----(36) -----(37) 식 (37) 은 C 항을포함하고있지않으므로음속과무관하게유속측정이가능함을알수있다. - 도플러법도플러법이란달리고있는기관차가정지하고있는관측자에게접근할경우기관차가내는기적의진동수 ( 주파수 ) 는기관차가관측자를지나멀어져갈때에비해높게되는것과같은도플러효과 (Doppler Effect) 를이용하여유속이나유량을측정하는원리이다. 가되며, 송. 수신주파수차 ( 도플러편이주파수 )Δf 는 Δf = f r-f t=f t-f t(1+ ) = --(40) 이며, 윗식으로부터유속 V 는 V = -----(41) 으로 Doppler 편이주파수 Δf 를전자회로상에서비교연산하여계측하는것에의해유체의속도 V 를구할수있다. 도플러법을이용한초음파유량계가측정하는유속 V 는배관의측정선을통과하는평균유속이며, 단면에대한평균유속은아니기때문에측정유속 V 를 단면에대한평균유속 v 로환산하기위해서는유량보정계수 k p 는알려진수리공식을이용하여결정하여야한다 (42) 이유량보정계수 kp 는배관중심에서의유속을평균유속을평균유속으로나눈값으로레이놀즈수 Re 의함수로아래의식중하나가대표적으로이용되고있다. 1 블라지우스의식 ( Re 10 5 ) ( 그림 30) 도플러초음파유량계측정원리 ( 그림 30) 와같이흐르고있는유체중에초음파를발사하면초음파는파이프중앙부근에흐르는유체중의부유물이나기포로부터산란반사된다. 이때기포나부유물은유체와함께같은속도로볼수있으므로송신파주파수를 f t 라하면기포나미소물질로부터산란반사되어수신기에들어온수신파주파수 f r 은도플러효과에의해다음과같이표시할수있다. fr = -(38) C 2 V 2 cos 2 θ 이므로 f r f t( ) ft(1+ ) ---(39) 2 게이빌게일의식 ( Re ) 3 키비리스의식 ( Re 10 5 ) 도플러법에의한유량계를실제사용하는데있어서는여러부유물질로부터반사된파를수신하는데이러한부유물가운데는관의벽면에매우근접한것들도있어관내유속과상관관계가매우부정확할우려도있다 ( 실험결과 510% 의오차가발생하는경우도있음 ). 도플러법에의한유량계는깨끗한물에대하여는사용할수없으며유체중에어느정도크기의부유물이있어야한다. 따라서슬러리, LPG 등시간차법초음파유량계로불가능한유체의유량측정에적용가능하다. - 유량계측정방법선정 초음파도달시간차법과도플러법의비교초음파유량계는원리및특성에서언급한바와

13 같이초음파도달시간차에의한방법과도플러효과에의한방식이널리사용되고있으나, 유량검출원리가다르므로선정시주의를요한다. 일반적으로초음파도달시간차를이용한초음파유량계는회로기술진보에따라측정정도가높아지고있고현재는대구경이외에소구경도많이사용되고있다. 시간차법을이용한초음파유량계의적용액체로는상수, 하수, 농업용수, 공업용수, 하천수, 해수등을들수있다. 그러나해수는일반적인물과초음파전파속도가다르기때문에해수에적용할경우미리제작자에게해수용임을알려주어야한다. 물이외에액체로유류나약류등은그음속값을알수없으므로샘플링에의해음속측정이필요하다. 도플러방식의초음파유량계는측정원리상유체중의초음파산란이나반사를위해적정크기및적정량의미세부유물혼입이필요하다. 이러한이유로깨끗한정수와순수와같은액체의유량측정에는적용할수없다. 오히려초음파도달시간차법의초음파유량계로측정이불가능한쥬스, 슬러리, 하수, 공업폐수, 펄프등과같은유량측정에적합하다. 습식 ( 단관형 ) 과건식 (Clamp on type) 초음파유량계는센서의설치방법에따라배관내에직접설치하는습식과배관외부에클램프등을이용해설치하는건식이있다. 습식 ( 단관형 ) 은유량계측제어등프로세스라인에설치하여연속적으로가동하는것을목적으로하나건식은단기간의간이측정을목적으로하고있다. 건식이습식에비해설치가간편하다는점을제외하고는측정상의정확도등모든면에서습식이많은장점을가지고있다. 습식센서는실제적으로초음파의전파경로를임의로선정할수있지만일반적으로단관의길이를짧게하기위하여유체의흐름과교차각도를 45 로하는것이보통이다. 이경우초음파도달시간차로감지되는유동백터성분은 0.707(cos45) 장치의감도가된다. 그러나건식센서는센서를강관상에부착시키는경우를생각해보면강관에서액체로초음파가진행할때생기는굴절현상때문에유체흐름과교차각이 60~70 정도되어이때감지되는유동백터성분은 (0.5~0.25) 장치감도가되어두방식에사용된전자회로의감도가동일하다면습식의경우가더욱커서감도가좋은신호를얻을수있다. ( 그림 31) 건식 Type 단일빔 (Single beam) 방식과다중빔 (multi beam) 방식단일빔방식의초음파유량계에서는원리상초음파가통과하거나반사하는관내의한면이나, 점에서평균유속을측정하여여기에관의단면적을곱하여유동율을구하게된다. 그러나실제의관내유속분포는유동율변화에따라달라지게되어유속분포변화에따른보정계수사용이필요하다. 특히유동이층류에서난류로바뀌는천이구역에서는보정계수값의변화가최대 30% 까지될수도있다. 비록충분히발달된난류유동상태에서도레이놀즈수가 10 4 ~10 7 범위로변화하므로보정계수값도최대 % 변화하여야한다. 이와같이유속분포에의한오차는비대칭유동이나소용돌이에서더욱복잡한양상을띠게되며유량계상류측에설치된곡관, 티이, 밸브등으로인한비대칭과유동문제도발생되므로측정정확도향상을위해다중빔방식을채택하게되었다. 다회선방식에서초음파센서의위치는수학적적분방법, 또는단순히실험등의결과에따라설정한다. 다회선방식에서장점은그중한조의센서가고장을일으킬경우신호처리장치에서적절한조작을통하여나머지센서만으로유량을측정할수있다. 초음파유량계의측정오차 유량계형식 1 채널 2 채널 흐름조건 게이트밸브 2/3 개방버터플리이밸브 2/3 개방 90 도휨확대관축소관 게이트밸브 2/3 개방버터플리이밸브 2/3 개방 90 도휨확대관축소관 2D 유량계후방직관거리 10D D D 장 단점 장점 1 관로의외벽또는폐수로의외벽에도간단하게송수파기를설치하여관내를흐르는유체의유량을측정할수있고이미설치한플랜트에도설치할수있다. 2 보수및점검은관로와관계없이할수있으며, 취급이용이하다. 3 슬러리를함유한액체에대해서도사용된다. 4 압력손실이없다. 5 유량계에비례한신호를얻을수있다. 6 구경에관계없이광범위하게사용 단점 1 유체속에초음파를방해하는기포나고형분이연속적으로혼입되면큰외란이되고검출할수없는경우가있다

14 2 구경이작아지면관벽을전파하는음파에의하여노이즈를처리하는점에서한계가있다. 3 직관길이가필요하다. 4 특히소구경에서는가격이비싸다. 또한신호처리방법에따라출력신호의안정성과응답시간이제작사마다다르므로제어용에사용하는경우에는주의할필요가있다. 페러데이법칙에의해발생된기전력을측정관내에설치한 1 대이상의전극에서검출하여, 유량으로계산할수있는신호 (DC 4~20mA) 나펄스신호로변환하는유량계이다. ( 그림 33) 전자유량계의측정원리 ( 그림 32) 초음파유량계의직관부 전자유량계 (Electromagnetic flowmeter) 전자유량계는자계 ( 磁界 ) 속을도체가가로질러이동할때이동속도에비례하는전압이도체중에발생된다는페러데이의전자기유도법칙을기본원리로하고있다. 그역사는페러데이자신이테임즈강의유량을계측하려고지구의자계를가로질러흐르는강물에서발생한전압을측정하고자한때부터시작된다. 전자유량계는압력손실이없이유량에비례하는신호가얻어지고, 부식성유체를측정할수있는등다른유량계에서는볼수없는많은장점을갖고있기때문에고객의요구에부응하는신기술을도입한제품이시장에속속투입되고있다. 그리하여오늘날에는산업용유량계로서는없어서는안될중요한위치를점유하고있다. - 측정원리전자유량계는자기장의내부를도체가이동하거나유체가흐를때그이동속도나유속에비례하는기전력이도체나유체의내부에발생한다는 [ 페러데이의전자기유도의법칙 ] 을이용하여유량을측정하는유량계이다. 내면이절연된내경 D(m) 의원형측정관에전극을설치하고, 코아및여자코일을설치하여이전극방향에수직방향으로자기장 ( 자속밀도 : B 스텔라 ) 를형성시킨후관로내부에유체가평균유속 V(m/s) 로흐르게할때전극사이에는아래의식과같은신호기전력 E(Volt) 가발생한다. E = K B D V (43) K : 상수 B : 자속밀도 D : 내경 ( 전극사이의거리 ) V : 평균유속 한편, 체적유량은측정관내경과관내의평균유속으로부터식 44 와같이표기할수있다 (44) 식 43 과식 44 를평균속도 V 에대해서정리하면식 45 를얻을수있다 (45) 식 45 에의하면자속밀도 B 를일정하게하고흐름을발생시켜전극사이에발생한신호기전력을 E 를측정하면관내에흐르는유체의유량을측정할수

있다는것을알수있다. 식 45에는유량값과관련하여측정유체의온도, 압력, 밀도, 전기전도율, 평균유속등이포함되어있지않으므로전자유량계는이들조건과유체성분의영향을받지않고체적유량 (Q) 의측정이가능하다. 또한식 45를고찰하여보면체적유량 (Q) 는신호기전력 (E) 에선형적인비례관계를지니고있어리니어라이징처리가필요없고, SPAN을간단하고자유롭게변경할수있는장점을가지고있다.

15 있다는것을알수있다. 식 45에는유량값과관련하여측정유체의온도, 압력, 밀도, 전기전도율, 평균유속등이포함되어있지않으므로전자유량계는이들조건과유체성분의영향을받지않고체적유량 (Q) 의측정이가능하다. 또한식 45를고찰하여보면체적유량 (Q) 는신호기전력 (E) 에선형적인비례관계를지니고있어리니어라이징처리가필요없고, SPAN을간단하고자유롭게변경할수있는장점을가지고있다. 의차압유량계가유체통과제한면적을고정시키고유량변화에따른차압변화를감지하는데반해유량이변화할때유체통과제한면적을변화시켜차압을항상일정하게유지한다. 가장많이이용되고있는형태로는그림 35 과같이수직으로세워진 taper 유리관내부자가들어있고부자는유리관과같은축선상에있어야정확한유량측정이가능하므로유체가흐르면부자는회전한다. 터빈유량계 (Turbine Flowmeter) - 측정원리측정원리는여러개의날개를가진회전자가미터의중심축에베어링으로연결되어있으며, 회전날개의직경은거의유량계내부의직경에가깝도록설계되어있어서흐르는유체가효율적으로회전날개를돌리게된다. 이회전이액체의평균유속에비례하게되는것이다. 회전날개는자성을띤물체로만들어지거나또는조그만자석이날개의끝부분에달려있어서터빈유량계몸체외부로부터회전날개에가깝게설치된 Pick Up Coil 에펄스를유도발생케하여주파수계수기등을통해유량또는적산량을구할수있다. 즉, 배관에수평으로터빈을설치하여유체의흐름에의하여발생하는터빈의회전수로유량을측정하는방법이다. ( 그림 35) 면적식유량계 ( 그림 34) 터빈유량계구조 - 특징 1 크기가간결하고선형도가우수하며재현성이좋아교정후사용하면 ± 0.2% 의측정정확도유지가가능하다 2 파이프유동조건과측정대상유체의점도에따라특성이달라진다 3 교정후사용기간이길어지면베어링등기계구동부의마모로유량측정정확도와특성이달라지는문제가발생한다. 면적식유량계 - 개요면적유량계는특별한형태의차압유량계로보통 유량이증가할경우부자는상승하며이에따라부자주위의유량통과면적이증가하기때문에평형상태에서부자의아래위에걸리는압력차는일정하게된다. 유량계를통과하는유량은부자상승높이의함수로나타낸다. 이유량계는액체와기체유량측정에사용할수있으며설치비용도저렴하여산업체에서공정제어용으로널리활용되나측정오차는다른유량계에비해크다. 고온고압상태에서는보통금속으로된관에 taper 진부자가들어있는면적유량계가이용된다. - 측정원리그림 35 에서와같이수직으로설치된상부가개방된테이퍼관, 또는압축기구를갖는직관과그내부를자유롭게상하로움직이는 Float( 가동부 ) 로구

16 성된다. 이유량계를통하여아래부분으로부터유체가유입되면흐름은 Float 에의하여압축되며그전후에차압이발생한다. Float 는이차압에따른상승력을받아상승하는데테이퍼관은위쪽으로이동함에따라유통단면적은커지고그상승력은점점감소하며 Float 의부력을뺀유효중량과평형을유지하는위치에서정지하게된다. 이때 Float 의상승높이에따라결정되는유통면적과유량은비례관계에있으므로이위치를검출함으로서유량을구할수있다. 식으로전개하면 Float 가어떤위치에서균형을잡고있을때 Float 에가해지는위로향하는힘과아래로향하는힘이같다는점으로부터 -----(43) 를얻을수있으며이로부터차압 P 는다음과같다 (44) 여기서 P 1 : Float 상류측압력 P 2 : Float 하류측압력 A f : Float 최대구경의단면적 W f : Float 유효중량 개수로식유량계 - 둑 ( 웨어, Weir) 식 원리수로를둑 (Weir) 판으로막았을때, 둑 (Weir) 판을흘러넘치는유량 q 는둑 (Weir) 판상류측수위 h 와일정관계 (q=kh n ) 에있다는점을이용하여유량을측정하는유량계이다. 개수로도중에흐름에직각인판을설치하여흐름을막으면흐름은웨어판을넘쳐흐르게된다. 웨어판을넘쳐흐르는 ( 초과류라한다 ) 유량은웨어판의상류측수위와일정한관계가성립하므로웨어판을넘는수두 ( 수위 ) 를검출하여유량을연산하는방식의유량계를웨어식유량계라한다. 웨어식유량계는개수로용유량계의대표적인예이며오래전부터폭넓게사용되어왔으며비교적유량이많은장소에사용되고있다. 웨어식유량계는개수로에웨어판을설치하고웨어판을초과하는유체의유량을웨어판의상부로부터유체의자유표면 ( 웨어의상류측수위 ) 까지의거리 ( 웨어의수두라한다 ) 의거리를측정하여구하는것이다. 종류삼각웨어 (60, 90 등 ), 사각웨어, 전폭웨어 (Weir) 가일반적이며유량산출식과적용범위는아래와같다. 한편, 관내에흐르는유체의부피유량은다음과같다 (45) 여기서 C : 유출계수 A : 유통면적 v : Float 와테이퍼관사이에서의유체의유속 ρ 0 : 측정상태에서의유체의밀도 g : 중력가속도 D : Float 평형위치에서의테이퍼관의직경 d : Float 의최대직경 Float 의등가밀도를 ρ f, 부피를 V f 라하면아래와같다 (46) 60 도삼각웨어직각삼각웨어 ( 그림 36) 삼각웨어식개수로유량계 1 60 도삼각웨어 유량식 -----(49) 식 43 및식 44 을식 45 에대입하면유통면적과부피유량과의관계는다음과같다 (47) 질량유량은부피유량에밀도를곱하여주면구할수있다. 적용범위 B = 0.44~1.0m D = 0.1~0.13m 2 직각삼각웨어 유량식 h = 0.04~0.12m ---(50) -----(48)

17 적용범위 B = 0.5~1.2m h = 0.1~0.75m D = 0.07~0.26m h = B/3 이하 현장여건상상기공식의적용범위를초과하는경우에는다음의톰슨식을적용한다 (51) 여기서 Q : 유량 ( m3 /min) h : 웨어수위 (m) B : 수로폭 (m) b : 사각웨어가공 (m) D : 수로바닥면에서웨어밑테두리 (m) υ : 동점성계수0.01cm2 /sec 특징 1 구조가간단하고일반적으로가격이저렴하며정확도, 신뢰성이우수하다. 2 수로폭이넓은개수로에서는웨어구조를만들어주기위한공사비가많이소요된다 3 웨어의설치에따른수두의손실이크기때문에평탄한토지의수로에는적합하지않다. 4 웨어구조상웨어의상류측수로에이물질이최적하기쉽다. ( 사각웨어 ) ( 전폭웨어 ) ( 그림 37) 사각웨어식개수로유량계 3 사각웨어 유량식 -----(52) 적용범위 B = 0.5~6.3m h = 0.15~5m D = 0.15~m ( 그림 38) 웨어식개수로유량계의설치예 수위검출방법플로트 (Float) 식, 기포식, 정전용량식, 초음파식, 압력식, 촉침식 ( 觸針式 ) 등이있다. h = 0.03~0.45 b m 현장여건상상기공식의적용범위를초과하는경우에는다음의프렌시스식을적용한다 (53) 4 전체폭웨어 유량식 -----(54) 가 이하인경우 가 이상인경우 적용범위 B 0.5m h = 0.03~D m ( 단 h는 0.8m이하에서더욱 B/4로한다.) D = 0.3~m 현장여건상상기공식의적용범위를초과하 는경우에는다음의프렌시스식을적용한다 (55) ( 그림 39) 수위검출방법

18 - 수로식 (Flume) 원리개수로도중에조임부 ( 수로폭을좁게한부분 ) 을서치하면조임부에서는유속이빨라지며그수위는조임부상류측의수위보다낮게된다. 이수위의저하량을측정하여유량을구하는설비를일반적으로벤츄리플륨이라한다. 벤츄리플륨의원리를기초로 1922 년에 4 각수로용인파샬플륨이제안되었으며, 1936 년에원형관용의파머 보라스플륨이제안되었다. 용어 1 상류 ( 常流 ) 평균유속이수면에전해지는파도의속도보다늦은흐름을상류라하며, 일반적으로경사가완만한수로에서의흐름이다. 2 사류 ( 射流 ) 평균유속이수면에전해지는파도의속도보다빠른흐름을사류라하며, 일반적으로경사가급한수로에서의흐름이다. 3 한계류플륨의조임부등에있어서상류에서사류로연속적으로이동하는상태에서의흐름을한계류 ( 또는임계류 ) 라하며, 그때의수위를한계수심 ( 또는임계수심 ) 이라고한다. 한계류에서의평균유속 v c 는한계수심 h c 및중력가속도 g 에의하여구할수있는파도의전달속도와동일하다. 또평균유속 v 를수위 h 에서의파도의전달속도로나눈값을플루드수 (Froude number) F r 이라부르고상류에서는 F r <1, 사류에서는 F r>1, 한계류에서는이다. 종류 Parshall Flume, 퍼머볼러스플륨이일반적이다. 측정원리 1 벤츄리플륨식유량계 여기서 E : 비에너지 g : 중력가속도 t : Crest 의높이 단면 1 및단면 2 에있어서유체의단면적을 A1, A2 라하면, 아래식을이용하여유량 Q 를구할수있다 (57) 벤츄리플륨은측정원리, 형상도관로에있어서벤츄리관과비슷하지만다른점은아래와같다. 벤츄리관에서는조임부분에서압력에너지가유속에너지로바뀜에따라발생하는압력차를측정하여유량을구하는데비하여벤츄리플륨에서는수위에너지가유속에너지로변함에따라발생하는수위변화를측정하여유량을구하는것이다. 벤츄리관에서는조임기구전후의차압을측정하지만벤츄리플륨에서는일반적으로조임부분에서한계수심을만들어내고상류측수위만을측정함으로서유량을구한다. 2 파샬플륨식유량계아래그림 41 에서와같은형태의플륨을 4 각형수로의중간에설치하면플륨으로들어오는흐름은수축부에서유속이빨라지며 Throat 부라불리는조임부에서한계류로된다. 이상태에서는조임부상류측수위 ha 와유량은일정한관계를가지기때문에상류측수위를측정하면유량을구할수있다. 웨어식에비하여손실수두가 1/4 정도로작기때문에낙차가많지않은수로의측정에도적용되고있다. 유체중부유물의침전, 퇴적이적기때문에농업용수나상하수도등에서이용되고있다. 플륨의재질은금속판제, 현장의콘크리트, FRP 를이용한것등이있으며, 측정정확도를높이기위해서는플륨의치수를정확하게제작하여야한다. ( 그림 40) 벤츄리 Flume ( 그림 50) 에서보인바와같이 4 각형수로의중간에폭을좁게하고수로의밑바닥에융기물을설치한다. 이수로에유량 Q 의유체가흐르고있을때수로의바닥을기준면으로베르누이정리를적용하면아래식을얻을수있다 (56) ( 그림 41) Parshall Flume 구조

< 파샬플륨각부의치수와유량식 > W 유량범위 ( m3 /h) C D E R M P L 공식 25.4 1~30 93 167 450 300 200 600 635 Q=217.31Ha5 50.8 2~63 135 214 450 350 250 724 774 434.63Ha5 76.

19 < 파샬플륨각부의치수와유량식 > W 유량범위 ( m3 /h) C D E R M P L 공식 ~ Q=217.31Ha ~ Ha ~ Ha ~ Ha ~ Ha ~ Ha ~ Ha ~ Ha ~ Ha ~ Ha ~ Ha ~ Ha ~ Ha1.601 압전소자식와류유량계와류에의하여압력이교대로변하고이는압력센서에응력변화를초래하고이는압력센서에의해전하의변화로나타나검출된다. 스트레인게이지식와류유량계와류에으해발생된압력변화를스트레인게이지의저항변화로검출하여유량을산출한다. 정전용량식와류유량계와류에의해발생된압력변화를다이어프램에서받아다이어프램의봉입액의정전용량을검출하여유량을산출한다. 셔틀피스톤식와류유량계와류에의해발생된압력변화를셔틀피스톤과연결된전자픽업의자계변화로유량을검출한다. 서미스터 (thermister) 와류유량계와류에의해발생하는유속변화를서미스터의저항변화로검출한다. 초음파식와류유량계와류에의해발생한유속변화를초음파의주파수변조로검출한다 ~ Ha 와류유량계 - 기본원리와류에의해발생하는압력변화나유속변화를검출하여유량을측정하는유량계이다 - 구조 ( 그림 42) 와류유량계 - 종류 압력변화 : 압전소자식, 스트레인게이지식, 용량센서식, 셔틀피스톤식 - 유속변화 : 서미스터식, 초음파식

초음파 유량계

초음파 유량계 5. 초음파유량계 가. 초음파유량계원리 1) 개요 초음파유량계는 1880 년압전효과가발견된이후 1918 년초음파진동 소자가선박의항해때에암초, 빙산, 등의탐지를위해처음으로사용되었 으며, 초음파를이용한유량측정은 1920 년경반전파기술을이용한유량계 가나왔고점차기술의발달로 1970 년부터산업현장에서유량측정에폭 넓게응용되기시작하였다. 이와같은초음파유량계는음향식유량계라고도부르며,