유량계의 개요 및 종류
1. 유량계란
유량계는 액체 또는 기체의 선형 또는 비선형 질량 및 체적 유량을 결정하는 데 사용되는 유량 측정 장치입니다. 유량계의 많은 이름에는 유량계, 유량 표시기, 액체 미터 및 유량 센서가 포함되며 이름을 지정하는 방법은 산업적 용도에 따라 다릅니다.
유량계의 목적은 유체 측정의 정밀도, 정확도 및 분해능을 향상시키는 것이며 효율성을 높이고 유지 보수가 적으며 사용하기 쉽고 다재다능하고 내구성이 있습니다.
유량계는 액체 또는 기체의 부피, 속도 또는 질량을 측정할 수 있고 다양한 계산을 사용하여 유량을 결정하는 데 사용할 수 있는 질량 유량, 절대 압력, 차압, 점도 및 온도 데이터를 보고합니다.
유량은 속도(v)에 단면적(A)(Q = v x A)을 곱하여 계산되며 Q의 단위는 초당 입방 미터(m3/s)입니다. 질량은 공식 ṁ = Q 곱하기 ρ(ṁ = Q x ρ)를 사용하여 계산되며, 여기서 Q는 유량과 같고 ρ는 질량 밀도와 같습니다.
유량계의 목적은 지정된 시간 동안 유량계를 통해 흐르는 물질의 양을 측정하는 것입니다. 가스의 압축률과 압력, 가열 또는 냉각 시 부피 변화는 가스의 부피를 변화시키며, 이는 다른 조건에서 동일한 가스와 다르며 가스 유량을 측정하는 데 사용되는 유량계의 유형을 결정합니다.
가스 유량은 시간당 입방 미터(acm/h), 초당 입방 미터(sm3/sec), 시간당 천 표준 입방 미터(kscm/h), 분당 선형 피트(LFM) 또는 일일 백만 표준 입방 피트(MMSCFD)로 측정됩니다.
액체 유량의 측정은 분당 갤런, 초당 리터, 시간당 m2당 리터, 분당 부셸 및 초당 입방 미터(cumecs)가 일반적인 측정으로 응용 분야 및 산업에 따라 다릅니다. 해양학에서 사용되는 특수 단위는 수송량(sverdrup 또는 Sv)입니다.
2. 유량계의 유형
유량 제어는 많은 산업 응용 분야에서 필수적인 부분이며 모든 유형의 응용 분야의 요구 사항을 충족하도록 특별히 설계된 다양한 유량계를 사용해야 합니다. 측정되는 재료에는 물, 기름, 천연 가스 및 증기가 포함되며 각 재료의 유량계는 동일한 기능을 공유하지만 다른 방식으로 작동합니다.
모든 유량계의 기능은 동일하지만 각 유형은 응용 분야의 요구 사항에 맞게 조정되며 유량계의 두 가지 기본 유형은 체적 유량계와 질량 유량계입니다. 두 유형의 차이점은 질량 유량계로 측정하는 질량 유량계로 측정하는 반면 체적 유량계는 부피를 측정한다는 것입니다.
체적 유량은 온도와 압력의 영향을 받는 반면 질량 유량은 액체 또는 기체의 밀도에 영향을 받습니다. 다양한 유형의 유량계에는 차압, 속도, 용적식, 질량 유량 및 개방 채널 유량계가 포함됩니다.
체적 유량계
체적 유량계는 선형으로 작동하며 유량의 속도를 측정하여 유량을 측정합니다. 질량 유량계와 달리 체적 유량계는 점도 변화에 대한 민감도가 최소이며 파이프 라인에 직접 연결됩니다. 체적 유량계의 유형에는 용적식 유량계, 터빈 유량계, 전자기 유량계, 초음파 유량계 및 와류 유량계가 포함됩니다.
차압(DP) 유량계
차압 유량계는 압력이 감소함에 따라 유체의 흐름 속도가 증가한다는 베르누이 방정식을 사용합니다. 유량을 측정하기 위해 차동 유량계는 유량 전체에 압력 강하를 생성하는 파이프에 수축 또는 장애물을 배치합니다. 더 많은 흐름이 수축을 통과할수록 압력 강하가 증가하며, 이는 유량의 제곱에 비례합니다.
차동 유량계의 압력 센서는 수축 전후에 배치되어 수축이 유량계를 통해 유도되어 두 번째 센서에 의해 측정될 때 유량의 운동 에너지에 변화를 일으키는 유량을 정확하게 측정합니다. 차압 유량계는 일반적으로 흐름을 수축시키고 느리게 하도록 설계된 벤츄리 튜브를 사용합니다. 차압 유량계의 하위 유형은 오리피스 플레이트, 유량 노즐, 벤츄리 유량계 및 로타미터입니다.
- 오리피스 플레이트 유량계 시스템 - 오리피스 플레이트 유량계를 사용하면 액체 또는 가스가 플레이트를 통과하여 유량계의 출구와 입구 부분 사이의 유량 및 차압에 따라 달라지는 압력 강하가 발생합니다. 오리피스 플레이트 유량계는 단일 챔버, 이중 챔버 또는 이중 블록 및 블리드 유량계일 수 있습니다.
- 벤츄리 유량계 - 벤츄리 유량계는 압력 차이를 생성하는 벤츄리 튜브를 사용하여 단면 유량을 줄여 유량을 측정하며 차압 센서는 유량의 척도로 압력 강하를 측정합니다. 벤츄리 미터는 두 개의 압력과 하나의 온도 측정을 사용하여 밀도 계산을 위해 첫 번째 압력 판독값을 업스트림으로 가져가 유량을 결정합니다. 두 번째 압력 판독값은 벤츄리관의 목구멍에 있습니다. 온도 판독값은 유량 프로파일을 방해하지 않도록 업스트림에서 가져옵니다.
- 로타미터 - 로타미터는 플로트가 튜브를 통해 상승하여 유량을 측정할 수 있도록 설치된 움직이는 플로트가 있는 수직 테이퍼 튜브를 포함하는 기계식 유량계입니다. 튜브의 테이퍼는 아래쪽이 더 작고 위쪽으로 확장되며 튜브에 스케일 그라데이션이 표시됩니다. 흐름이 없으면 플로트가 튜브 바닥에 설정됩니다. 유체 흐름이 증가함에 따라 플로트는 평형에 도달할 때까지 상승하여 유량 판독값을 제공합니다.
속도 유량계
속도 유량계는 유량을 따라 위치한 센서를 사용하여 유량을 계산하여 유량을 계산하는 데 사용되는 체적 유량계입니다. 속도 유량계의 정확도는 밀도, 배관의 단면적 및 일정하게 유지되는 유체의 속도에 따라 다르며 유체 속도를 직접 측정할 수 있는 모든 유형의 장치는 단면적이 설정된 파이프에서 유체의 체적 유량을 측정할 수 있습니다. 속도 유량계의 유형에는 터빈 및 와류 유량계가 포함됩니다.
- 피토관 유량계 - 피토관 유량계에는 유체 압력을 측정하기 위한 두 개의 파이프가 있으며 튜브의 압력 차이는 흐름 속도에 비례합니다. 한 튜브는 충격 압력을 측정하고 다른 튜브는 정압을 측정하고 튜브는 별도로 또는 단일 장치로 케이싱에 장착되며 흐름에 직각을 이룹니다.총 충격 압력 튜브는 흐름을 향하는 개구부가 있는 L자형이며 정적 튜브의 압력은 전체 임팩트 튜브에서 상류로 흐름에 직각으로 배관의 작동 압력입니다. 동적 압력은 튜브의 총 압력과 정압의 차이에 치수 상수와 밀도의 비율을 곱한 것입니다. 속도가 증가함에 따라 파이프의 프로파일이 길쭉한 상태에서 난류 또는 평평한 상태로 변경됩니다.
- 열량 유량계 - 열 유량 모니터라고도 하는 열량 유량계는 흐르는 매체가 열 에너지를 흡수하여 운반한다는 열량 측정 원리를 사용합니다. 유량계용 센서 1개가 가열되고 흐름이 가열된 센서를 통과하면 센서가 냉각됩니다. 두 번째 센서는 가열된 센서에서 열을 흡수한 후 매체의 온도를 측정합니다. 유량은 두 센서의 온도 차이에 의해 결정되며 센서 간의 차이가 매우 낮으면 흐름의 속도가 더 빨라집니다.
- 터빈 유량계 - 터빈 유량계는 흐름에 배치된 로터의 기계적 회전을 사용하여 로터의 회전이 흐름의 속도에 비례하여 유량을 결정하고 깨끗하고 점성이 있는 액체와 함께 사용되며 정확도는 0.5%입니다.터빈 유량계는 패들 휠 유량계와 Pelton 휠 유량계를 포함하는 회전 베인 유량계로 분류되며, 각 버전에는 다른 모양의 로터가 있습니다. 각진 로터, 꼬인 로터 또는 블레이드 로터는 흐름과 평행하며 흐름을 똑바로 향합니다. 흐름이 파이프를 통해 이동함에 따라 터빈이 회전하고 그 움직임은 자기 픽업에 의해 전자적으로 감지됩니다. 픽업에서 출력되는 주파수는 직접 사용되거나 아날로그 신호로 변환됩니다.
- 전자기 유량계 - 전자식 유량계, 전자기 유량계 및 전자식 유량계라고도 하는 전자기 유량계는 전자기 유도를 사용하여 액체 속도를 측정합니다. 전자기 유량계를 사용하면 자기장을 생성하고 전극을 통과할 때 흐름의 전압을 읽는 흐름에 전극을 배치합니다. 전자기 유량계의 원리는 자기장을 통해 움직이는 도체가 흐름 속도에 비례하는 전기 신호를 생성한다는 패러데이의 법칙을 기반으로 합니다. 유체가 전극의 자기장을 통해 흐를 때 유체의 전도성 입자는 자기장의 전압을 변화시킵니다. 전압의 변화는 흐름의 속도를 측정하고 계산하는 데 사용됩니다.
- Vortex 유량계 - 소용돌이 유량계는 von Kármán 효과를 사용하여 유체 속도를 측정하는데, 이는 흐름이 물체를 통과할 때 소용돌이치는 봉헌 패턴이 생성된다는 것입니다. 와류 유량계에서 파쇄기 막대는 유체가 분리되어 막대 뒷면에 교대 차압 또는 소용돌이를 형성하는 흐름에 배치됩니다. 소용돌이는 센서가 유체의 속도에 비례하는 주파수로 진동하도록 합니다. 감지 요소는 진동 속도를 속도 판독값으로 변환되는 전기 신호로 변환합니다.
- 초음파 유량계 - 초음파 유량계는 흐름의 방향과 흐름의 반대 방향으로 흐름을 가로질러 초음파를 보내 유체 속도를 측정하며 초음파와 유속을 결합하여 유량을 계산합니다. 초음파 유량계의 구조에는 2 개의 송신기와 2 개의 수신기가 포함되며 그 중 하나는 서로 측정 된 거리에서 파이프의 반대쪽에 있습니다.초음파 유량계를 사용하면 유량과 직접 접촉하거나 파이프 외부에 연결된 클램프 온 트랜스듀서를 사용하여 음파를 유량으로 보냅니다. 초음파의 교대 버스트는 소리가 변환기 사이를 이동하는 데 걸리는 시간을 결정하기 위해 측정됩니다. 운송 시간의 차이는 흐름의 속도에 비례합니다. 초음파 유량계의 두 가지 유형은 인라인 및 클램프 온 유량계이며 인라인 초음파 측정기는 서로 반대 방향으로 정렬된 두 세트의 초음파 변환기가 있는 삽입형입니다. 클램프 온 초음파 유량계는 파이프 외부에 연결됩니다.
- 유압 유량계 - 유압 유량계라는 용어는 유압 유체의 유량을 측정하고 모니터링하는 유량계를 지칭하는 일반적인 용어입니다. 각 유형의 유압 오일의 점도와 유량이 다르기 때문에 유압 오일을 모니터링하기 위해 여러 유형의 유량계가 사용되며 유압 오일과 관련된 응력과 압력을 견딜 수 있는 탄성 재료로 만들어집니다. 유압 유량계의 주요 부품은 유압 라인을 따라 다양한 위치에 위치한 변환기와 트랜스미터이며 변환기는 액체의 속도를 측정하고 유량 수준을 계산하고 라인을 통한 흐름의 움직임을 감지하고 송신기에 신호를 보냅니다. 유압 유량계의 세 가지 유형은 오리피스, 기어 및 터빈입니다. 유압 유량계는 유압 시스템이 얼마나 효율적이고 효과적으로 작동하는지 확인하고 문제를 경고하는 데 도움이 됩니다.
- 공기 유량계 - 공기 유량계는 풍속과 압력을 측정하며 공기 유량계의 형태는 열선, 냉선, 와류, 멤브레인, 층류, 베인, 컵 풍속계 및 피토입니다. 공기의 질량 유량을 측정하고 환기 설비, 공정 및 다양한 산업 응용 분야를 측정하는 데 사용되는 질량 유량계입니다. 공기 유량계의 일반적인 용도는 적절한 공기 대 연료 비율을 결정하기 위해 자동차 엔진에 있습니다.
용적식(PD) 유량계
용적식 유량계는 챔버의 일련의 기어 또는 기어를 통해 유체를 통과시키며 유체가 유량 측정에 사용되는 계량기의 구성 요소를 대체하는 일종의 기계식 유량계이며 유체의 움직임을 차단하는 흐름에 배치되는 챔버로 구성됩니다. 챔버에는 고정된 양의 유체가 통과할 수 있도록 하는 회전 메커니즘이 있습니다.
챔버를 통과하는 고정량의 수는 메커니즘이 회전하는 속도가 유량인 유체의 부피를 결정하는 데 도움이 됩니다. 용적식 유량계는 직선 파이프를 사용할 수 없을 때 측정에 사용되거나 흐름에 난류가 너무 많을 때 터빈 유량계 및 패들 휠 센서를 대체하는 데 사용됩니다.
기어형 용적식 유량계와 달리 스크류 유량계에는 유체가 통과할 때 챔버의 한쪽 끝에서 챔버의 다른 쪽 끝으로 회전하는 스핀들이라는 나사 세트가 있습니다. 유체에 의한 나사의 회전은 압력 강하를 일으키며 스크류의 회전은 센서에 의해 기록되어 유량, 유체의 점도 및 챔버의 크기에 의해 결정되는 측정을 제공합니다.
다른 유형의 용적식 유량계에는 타원형 기어, 헬리컬 기어, 너트 디스크, 로터리 베인 및 다이어프램이 있습니다. 용적식 유량계의 일반적인 사용은 점성, 오염 및 부식성 매체를 측정하는 정확성과 능력 때문입니다. 용적식 유량계 측정의 한 가지 문제는 압력 강하입니다.
질량 유량계
체적 유량계는 기체 및 액체의 흐름 속도를 측정하는 반면, 질량 유량계는 유량 또는 배관에 부착된 온도 센서를 사용하여 유량 표면의 열 대류 전달을 측정하여 유량을 결정합니다. 광범위한 온도를 정밀하고 정확하게 측정할 수 있는 직접 측정 장치입니다. 질량 유량계는 슬러리 및 기타 점성 물질, 비전도성 유체 및 밀도에 따른 기타 질량 유체를 포함한 다양한 유체와 함께 사용하기에 적합합니다.
질량 유량계의 두 가지 일반적인 유형은 코리올리와 열 질량입니다.
질량 유량계는 입구와 출구에 센서가 장착된 진동 튜브를 통과할 때 유체의 관성에 의해 유체의 질량을 측정하고 튜브의 진동은 유체의 질량에 비례하는 진동을 일으킵니다. 질량 유량계의 원리는 지구 표면에서 움직이는 모든 물체가 지구의 자전으로 인해 경로에서 옆으로 표류하는 경향이 있다는 코리올리 효과를 기반으로 합니다. 유체가 흐를 때 튜브의 움직임이 비틀어지는데, 이는 지구의 회전으로 인한 횡방향 드리프트를 나타냅니다.
- 열 질량 유량계 - 열 질량 유량계는 유체가 흡수하는 열의 속도인 열 분산 원리를 사용하여 질량 유량을 측정합니다. 두 개의 온도 센서가 있으며 한 센서는 발열체이고 다른 센서는 감지 요소입니다. 흐름이 통과함에 따라 발열체는 감지 요소에 의해 감지되는 흐름에 의해 냉각됩니다. 발열체에서 열을 제거하는 것은 질량 유량에 비례합니다.
- 코리올리 유량계 - 코리올리 유량계는 회전 시스템에서 움직이는 질량이 회전의 움직임과 축에 수직으로 작용하는 힘을 경험한다는 코리올리 원리의 원리에 따라 작동합니다. 유체가 파이프에서 흐를 때 파이프에 회전이 도입되어 코리올리 가속이 발생합니다. 코리올리 관성 효과에 의해 생성되는 힘은 유체의 유속입니다. 생성된 관성력은 흐름 방향과 직각을 이루며 코리올리 유량계에서 질량을 측정하고 유량을 결정하는 데 사용됩니다.액체 또는 기체가 코리올리 유량계의 튜브를 통해 흐를 때 액추에이터가 튜브를 진동시켜 인위적으로 흐름에 코리올리 가속을 일으켜 위상 변이를 일으키는 비틀림력을 생성합니다. 비틀림력의 양은 미터가 각운동량을 감지하여 질량 흐름을 측정하는 데 사용하는 질량에 비례합니다. 코리올리 유량계는 정방향 또는 역방향으로 유량을 측정할 수 있으며 누출 테스트 및 저유량 측정에 사용됩니다.
개방형 채널 유량계
개방형 채널 유량계 - 개방형 채널 유량계는 수로, 수로, 둑 또는 부분적으로 채워진 파이프에서 액체(일반적으로 물)의 수위를 감지하는 레벨 센서를 사용하는 비접촉식 유량계입니다. 유량은 액체의 수위와 부피 및 Manning 방정식을 사용하여 결정되며, 유량을 계산하려면 바닥 경사와 표면 경사가 동일한 균일한 흐름이 필요합니다.
Manning 방정식 사용의 핵심 요소는 테이블에서 계산되거나 가져온 채널에 의해 흐름에 적용되는 거칠기 또는 마찰입니다. 유량(Q)은 유량의 속도(v)에 유량 면적(A)을 곱한 값과 같으며, 모두 계산된 거칠기 계수에 유압 반경(R), 면적(A) 및 경사의 제곱근(2/3√S)을 곱한 값과 같습니다.
스프링 및 피스톤 유량계
스프링 및 피스톤 유량계는 피스톤과 스프링을 사용하여 유량을 계산하는 보기 쉬운 유량계입니다. 유량계가 유량계로 들어가면 피스톤을 스프링에 대해 움직이는 차압이 생성되어 유량에 정비례하여 움직입니다. 유량은 로타미터와 동일한 방식으로 표시되며 유량계 본체의 투명한 부분에 장착된 사전 보정된 수치 눈금을 따라 움직이는 피스톤에 빨간색 표시선이 있습니다.
스프링 및 피스톤 유량계는 파이프 중앙이 더 가볍고 파이프 벽을 따라 더 무거운 유체 흐름 유형인 환형 흐름을 측정합니다. 스프링 및 피스톤 유량계의 스케일은 오일이 0.84이고 물이 1.0인 유체의 중력을 기반으로 합니다. 로타미터와 같은 스프링 및 피스톤 유량계는 단순한 디자인을 가지고 있으며 전기 신호를 전송하도록 구성할 수 있기 때문에 로타미터의 대안입니다.
디지털 유량계
디지털 유량계는 센서처럼 작동하는 4가지 구성 요소가 있는 하이테크 유량계입니다. 풍속계, 서미스터 및 압력 게이지 변환기가 포함되어 있으며, 모두 유량과 직접 접촉하여 질량 유량, 가스 온도 및 가스/배압을 측정합니다. 디지털 유량계의 외부 센서 중 하나는 대기압의 영향 없이 압력 판독값을 생성하는 절대 압력 변환기입니다.
- 풍속계는 바람의 속도와 속도, 가스 흐름의 움직임을 측정하며 열선 풍속계가 가장 일반적입니다. 풍속계의 와이어는 일정한 온도로 가열되고 흐름의 흐름에 노출됩니다. 전선이 일정한 온도를 유지하는 데 필요한 전류의 양과 전류로 인한 열 손실의 양을 측정합니다.
- 서미스터는 온도에 따라 달라지는 저항을 갖는 전기 저항기를 사용하여 온도 변동을 모니터링하고 제어합니다. 돌입 전류 제한기, 과전류 보호기 또는 온도 센서로 사용됩니다.
- 게이지 압력 변환기는 시스템의 압력과 주변 압력을 비교합니다. 압력 간의 차이를 감지하면 과도한 양의 가스와 배압으로 인해 발생할 수 있는 시스템 손상을 방지하는 데 도움이 됩니다.
- 절대 압력 변환기는 주변 압력의 영향을 받지 않는 판독값을 생성합니다. 그들은 밀봉되고 재료의 흐름에서 제거되어 진공을 기준 및 영점으로 사용할 수 있습니다.
디지털 유량계의 4개 센서에 의해 축적된 판독값은 질량 유량을 측정하며, 이는 유량 밀도와 시스템의 배압에 따라 체적 유량으로 변환됩니다.
물 유량계
물 유량계에는 여러 형태가 있으며 각 유량계는 응용 프로그램의 요구 사항, 유지 관리 요구 사항 및 비용을 충족하도록 설계되었습니다. 슬러리, 물 및 폐쇄된 파이프 유체의 부피를 측정합니다. 물 유량계의 유형에는 기계식 유량계, 와류 유량계, 초음파 유량계 및 전자식 유량계가 포함되며 기계식 유량계가 가장 많이 사용되고 가장 경제적입니다. 각 유형의 유량계는 파이프, 호스 및 기타 운반 장치의 물의 흐름을 측정, 모니터링 및 제어하도록 설계되었습니다.
유량계는 다른 유량계와 동일한 원리로 작동하지만 물의 흐름을 측정하도록 설계되었습니다. 일부 유량계는 물 유량계이지만 다른 액체와 가스를 측정할 수 있지만 물에서만 작동하는 유량계의 하위 집합이자 특수한 형태입니다.
연료 유량계
연료 유량계는 디지털 또는 기계식 시각적 디스플레이를 사용하여 이송되는 유체의 양을 측정하여 거래 중에 이송된 연료의 양을 보여줍니다. 연료 전달을 모니터링하는 데 사용되는 여러 유형의 유량계가 있습니다. 측정을 완료하는 방법은 유형에 따라 다릅니다.
너트 디스크 연료 유량계에는 연료가 유량계에 들어갈 때 접촉하는 디스크가 있으며 이 디스크는 연료가 통과할 때 수직 축을 따라 앞뒤로 움직입니다. 디스크의 앞뒤 움직임은 미터를 통해 전달되는 유체의 양을 나타냅니다.
타원형 기어 연료 유량계에는 서로 직각으로 회전하여 T자 모양을 만드는 기어가 있으며 기어는 연료의 통과를 방지하기 위해 흐름의 중심에서 맞물립니다. 유량계에 흐름이 들어가면 기어를 밀어 회전시켜 유량계 밖으로 이동하고 기어의 자석은 연료 수송 판독값을 제공하는 전자 리드 스위치로 신호를 보냅니다.
터빈 연료 유량계는 축을 중심으로 연료에서 회전하는 회전 터빈을 사용하며 회전하는 터빈의 기계적 작용은 유량으로 변환됩니다. 연료가 터빈의 블레이드에 충격을 가하면 블레이드는 연료의 속도에 비례하는 일정한 속도로 회전합니다.