유량 측정

유량 측정은 벌크 유체 이동의 정량화다. 흐름은 다양한 방법으로 측정할 수 있다. 산업용 애플리케이션을 사용하는 일반적인 유형의 유량계는 다음과 같다.

• a) 장애물 유형(차동 압력 또는 가변 영역)
• b) 인페어런던(터빈형)
• c) 전자파
• d) 양변위 유량계: 일정한 양의 유체를 축적하여 유량을 측정하기 위해 유량을 채운 횟수를 계산한다.
• e) 유체역학(피질 분쇄)
• f) 애네모미터
• g) 초음파
• h) 질량유량계(Coriolis 힘).

양의 변위 유량계 이외의 유량 측정법은 유량이 알려진 수축력을 극복함에 따라 유량이 발생시키는 힘에 의존하여 유량을 간접적으로 계산한다. 유량은 알려진 영역에서의 유체의 속도를 측정하여 측정할 수 있다. 매우 큰 흐름의 경우, 추적기 방법을 사용하여 염료 또는 방사성 동위원소의 농도 변화로부터 유량을 추론할 수 있다.

측정의 종류와 단위

가스와 액체 흐름은 모두 초당 리터 또는 초당 킬로그램과 같은 단위를 사용하여 물리적인 종류의 부피나 질량 흐름 속도로 측정할 수 있다. 이러한 측정은 재료의 밀도와 관련이 있다. 액체의 밀도는 조건과 거의 무관하다. 가스의 밀도는 압력, 온도 및 구성의 덜한 정도에 따라 크게 달라지는 가스의 경우는 그렇지 않다.

천연가스 판매와 같이 가스나 액체가 에너지 함량을 위해 전달될 때, 유량은 또한 시간당 기가줄이나 하루 BTU와 같은 에너지 흐름의 관점에서 표현될 수 있다. 에너지 유량은 단위 부피 당 에너지 함량을 곱한 체적 유량 또는 단위 질량 당 에너지 함량을 곱한 질량 유량이다. 에너지 유량은 보통 플로우 컴퓨터를 사용하여 질량 또는 체적 유량에서 도출된다.

엔지니어링 컨텍스트에서 체적 유량에는 일반적으로 $기호{\displaystyle }$ Q$${\$displaystyle Q$와 기호 $m{\displaystyle \stackrel{}{}}$ ${\displaystyle \stackrel{}{\dot{}}}$ ${\$인 질량 유량이 주어진다$.$

$밀도$가 ${\displaystyle \rho }$인 유체의 경우$$질량 및 체적 $유량$은 m ${\displaystyle \stackrel{}{\dot{}}}$ =${\displaystyle }$= ${\displaystyle Q}${\$dot${\$m}=\rho$ Q$}$에 의해 관련될 수 있다$.$

가스

가스는 압축이 가능하고 압력을 받으면 부피가 변하며, 가열되거나 냉각된다. 한 세트의 압력 및 온도 조건 하에서 가스의 부피는 다른 조건 하에서 동일한 가스와 동등하지 않다. acm/h(시속당 실제 입방미터), sm³/sec(표준 입방미터), kscm/h(시속당 수천 입방미터), LFM(분당 선형피트), MMSCFD(일당 백만 입방피트) 등의 단위가 있는 미터를 통한 "실제" 유속 또는 "기준" 유속" 유속을 참조한다.

가스 질량 유량은 열 질량 유량계, 코리올리 질량 유량계 또는 질량 흐름 제어기로 압력 및 온도 영향과 무관하게 직접 측정할 수 있다.

액체

액체의 경우 용도와 산업에 따라 다양한 단위가 사용되지만, 분당 갤런(미국 또는 영국식), 분당 리터, 분당 부셸 또는 하천 흐름을 설명할 때 퀘벡(초당 큐빅 미터) 또는 에이커 피트(에이커 피트)가 포함될 수 있다. 해양학에서 볼륨 수송을 측정하는 공통 단위(예를 들어 전류로 운반되는 물의 부피)는 10m⁶³/s에 해당하는 sverdrup(Sv)이다.

1차 유량 원소

1차 유량 원소는 유체에 삽입되어 유량과 정확하게 관련될 수 있는 물리적 성질을 생성하는 장치다. 예를 들어 오리피스 판은 오리피스를 통과하는 유량의 제곱의 함수인 압력강하를 생성한다. 소용돌이 미터 1차 유량 요소는 일련의 압력 진동을 생성한다. 일반적으로 1차 흐름 요소에 의해 생성되는 물리적 속성은 흐름 자체보다 측정이 편리하다. 1차 유량 요소의 특성과 교정에 따른 가정에 대한 실제 설치의 충실도는 유량 측정의 정확도에 중요한 요인이다.^[1]

기계유량계

양의 변위 계량기는 버킷 및 스톱워치와 비교할 수 있다. 스톱워치는 흐름이 시작되면 시작되고 버킷이 한계에 도달하면 정지한다. 시간에 따라 분리한 부피는 유속을 준다. 연속적인 측정을 위해서는 배관 밖으로 내보내지 않고 흐름을 나누기 위해 버킷을 지속적으로 채우고 비우는 시스템이 필요하다. 이러한 연속적으로 형성되고 붕괴되는 체적 변위는 피스톤이 실린더에서 왕복하는 형태, 기어 톱니가 1미터의 내부 벽에 부딪히거나 타원형 기어 또는 나선형 나사를 회전시켜 생성된 진행형 공동체를 통해 결합하는 형태를 취할 수 있다.

피스톤 미터/회전 피스톤

가정용수 측정에 사용되기 때문에 회전식 피스톤 또는 반양성 변위계라고도 하는 피스톤 미터는 영국에서 가장 흔한 유량 측정 장치로, 최대 40 mm까지를 포함한 거의 모든 미터의 크기에 사용된다.1+1⁄2 인치). 피스톤 미터는 알려진 체적의 챔버 내에서 피스톤이 회전하는 원리로 작동한다. 각 회전마다 물의 양이 피스톤 챔버를 통과한다. 기어 메커니즘을 통해, 그리고 때로는 자기 구동, 바늘 다이얼, 주행 기록계 타입 디스플레이가 진전된다.

타원 기어 미터

타원형 기어 미터는 서로 직각으로 회전하도록 구성된 2개 이상의 장방형 기어를 사용하여 T 형상을 형성하는 포지티브 변위계다. 이런 계량기는 A와 B라고 할 수 있는 양면이 있다. 두 기어의 톱니가 항상 맞물리는 미터의 중심을 통과하는 유체는 없다. 미터기(A)의 한쪽에서는 기어의 톱니가 측정실에 돌출되어 있어 유체의 흐름을 차단하는 반면, 미터기(B)의 다른 쪽에서는 캐비티가 측정실에 고정된 양의 유체를 고정하고 있다. 오일이 기어를 밀면 기어를 회전시켜 측면 B의 측정실에 있는 오일을 출구 포트로 방출할 수 있다. 한편, 흡입구 포트로 들어가는 유체는 현재 개방되어 있는 A측 측정실로 몰리게 된다. 이제 B측 치아는 B측으로 유입되는 액체를 닫을 것이다. 이 사이클은 기어가 회전하고 오일이 측정 챔버를 통해 계량될 때 계속된다. 회전하는 기어의 영구 자석은 유량 측정을 위해 전기 리드 스위치나 전류 변환기로 신호를 전송할 수 있다. 고성능에 대한 주장이 제기되지만 일반적으로 슬라이딩 베인 설계만큼 정밀하지는 않다.^[2]

기어 미터

기어 미터는 측정실이 기어 톱니 사이의 틈새로 구성된다는 점에서 타원형 기어 미터와 다르다. 이러한 개구부는 유체 흐름을 나누고 기어가 입구 포트에서 멀리 회전할 때 미터의 내부 벽이 고정된 양의 유체를 고정하기 위해 챔버를 닫는다. 출구 포트는 기어가 다시 합쳐지는 영역에 위치한다. 기어 톱니가 맞물리면서 유체가 미터 밖으로 밀려나 사용 가능한 포켓을 거의 0 볼륨으로 줄인다.

헬리컬 기어

헬리컬 기어 유량계는 기어 또는 로터의 모양에서 이름을 얻는다. 이 로터는 나선형의 구조인 나선형의 모양을 닮았다. 유체가 미터를 통해 흐를 때 로터의 컴파트먼트로 들어가 로터가 회전하게 된다. 로터의 길이는 입구와 출구가 항상 서로 분리되어 액체의 자유로운 흐름을 차단하기에 충분하다. 짝짓기 나선형 로터는 유체를 받아들이기 위해 열리고 스스로 밀폐된 다음 하류 쪽으로 열려 유체를 방출하는 진행형 공동체를 만든다. 이것은 연속적인 방식으로 발생하며 유속은 회전 속도에서 계산된다.

너팅 디스크 미터

이는 주택의 급수량 측정에 가장 많이 사용되는 측정 시스템이다. 가장 흔히 볼 수 있는 물인 이 액체는 미터기의 한쪽으로 들어가 편심하게 탑재된 견과 디스크를 친다. 디스크의 바닥과 상단이 장착 챔버와 접촉한 상태를 유지하므로 디스크는 수직 축에 대해 "전원"하거나 너트를 매어야 한다. 칸막이가 입구 챔버와 출구 챔버를 분리한다. 디스크가 너트되면서 기어나 레지스터 배열을 통해 체적 흐름이 나타나면서 계량기를 통과한 액체의 부피를 직접 표시해 주는데, 이 액체는 디스크에 연결되어 있다. 1% 이내의 유량 측정에 신뢰성이 있다.^[3]

터빈유량계

터빈 유량계(축력 터빈으로 더 잘 설명됨)는 축 주위의 액체 흐름에서 회전하는 터빈의 기계적 작용을 사용자가 판독할 수 있는 유량 속도(gpm, lpm 등)로 변환한다. 터빈은 모든 흐름이 그 주위를 도는 경향이 있다.

터빈 휠은 유체 흐름의 경로에 설정된다. 흐르는 유체가 터빈 날개에 충돌하여 날개 표면에 힘을 전달하고 로터를 움직이게 한다. 일정한 회전 속도에 도달했을 때 속도는 유체 속도에 비례한다.

터빈유량계는 천연가스와 액체류 측정에 사용된다.^[4] 터빈 계량기는 저유량에서 변위나 제트 계량기에 비해 정확도가 떨어지지만, 측정 요소가 전체 흐름 경로를 차지하거나 심하게 제한하지는 않는다. 일반적으로 유량 방향은 계량기를 통해 직진하므로 변위형 계량기에 비해 유량이 높고 압력 손실이 적다. 대형 상업용 사용자에게는 선택 미터, 화재 방지 장치, 물 분배 시스템의 마스터 미터로 선택된다. 일반적으로 계량기 앞에 계량기를 설치하여 계량기로 유입될 수 있는 자갈이나 기타 잔해로부터 계량기를 보호해야 한다. 터빈 미터는 일반적으로 4~30cm(1+1⁄2–12인치) 이상의 파이프 크기에 사용할 수 있다. 터빈 미터 몸체는 일반적으로 청동, 주철 또는 연성철로 만들어진다. 내부 터빈 요소는 플라스틱 또는 비부식 금속 합금일 수 있다. 정상 작업 조건에서는 정확하지만 흐름 프로필과 유체 조건에 의해 큰 영향을 받는다.

화재 계량기는 화재 보호 시스템에 필요한 높은 유량에 대한 승인이 있는 터빈 계량기의 특수 유형이다. 그것들은 종종 보험계약기관(UL)이나 공장상호(FM) 또는 이와 유사한 기관으로부터 화재 보호에 사용하기 위해 승인을 받는다. 소화전에서 사용하는 물을 측정하기 위해 휴대용 터빈 계량기를 임시로 설치할 수 있다. 미터는 보통 경량 알루미늄으로 만들어지며 보통 7.5cm(3인치) 용량이다. 수도 시설은 종종 건설, 수영장 충전에 사용되는 물의 측정 또는 영구 미터가 아직 설치되지 않은 곳에서 그것들을 필요로 한다.

울트만 미터

울트만 미터(19세기 라인하르트 울트만 발명)는 나선형 날개가 축방향으로 삽입된 로터로 덕트형 선풍기처럼 구성돼 터빈유량계의 일종으로 볼 수 있다.^[5] 그것들은 보통 나선계라고 불리며, 더 큰 사이즈에서 인기가 있다.

단일 제트 미터

단일 제트 미터기는 단일 제트기에 의해 충돌하는 방사형 베인이 있는 단순한 임펠러로 구성된다. 그들은 영국에서 더 큰 사이즈로 인기가 높아지고 있으며 EU에서는 흔한 일이다.

패들 휠 미터

패들 휠 유량계는 패들 휠 센서, 파이프 피팅 및 디스플레이/컨트롤러의 세 가지 기본 구성 요소로 구성된다. 패들 휠 센서는 유량에 수직인 자석이 내장된 자유 회전 휠/임펠러로 구성되며, 유량 매체에 삽입되면 회전한다. 블레이드의 자석이 센서를 지나 회전할 때 패들 휠 미터는 유량에 비례하는 주파수와 전압 신호를 생성한다. 유속이 빠를수록 주파수와 전압 출력이 높아진다.

패들 휠 미터는 '인라인' 또는 삽입 스타일 중 하나로 파이프 피팅에 삽입되도록 설계된다. 이것들은 PVDF, 폴리프로필렌, 스테인리스강과 같은 광범위한 피팅 스타일, 연결 방법 및 재료와 함께 사용할 수 있다. 터빈 계량기와 마찬가지로 패들 휠 계량기는 센서 전후에 최소한의 직선 파이프를 구동해야 한다.[6]

플로우 디스플레이와 컨트롤러는 패들 휠 미터에서 신호를 수신하여 실제 유량 또는 총 유량 값으로 변환하는 데 사용된다. 처리된 신호는 공정 제어, 경보 발생, 외부로 신호 전송 등에 사용할 수 있다.

패들 휠 유량계(Pelton 휠 센서라고도 함)는 많은 유량 시스템(일반적으로 물 또는 물 유사 유체)을 사용할 때 상대적으로 비용이 저렴하고 정확도가 높은 옵션을 제공한다.^[6]

다중 제트 미터

다중 제트 또는 멀티제트 미터는 임펠러가 수직 샤프트에서 수평으로 회전하는 속도형 미터를 말한다. 임펠러 요소는 여러 입구 포트가 임펠러에서 유체의 흐름을 유도하여 유체가 유속에 비례하여 특정 방향으로 회전하도록 하는 하우징에 있다. 이 미터는 포트들이 한 점만이 아니라 원소 둘레 주변의 여러 지점에서 임펠러로의 흐름을 균등하게 유도한다는 점을 제외하면 단일 제트 미터와 매우 비슷하게 기계적으로 작동한다. 이는 임펠러와 그 축의 불균일한 마모를 최소화한다. 따라서 이러한 유형의 미터는 롤러 지표가 하늘쪽을 향하도록 수평으로 설치하는 것이 좋다.

펠튼 휠

펠튼 휠 터빈(레이디얼 터빈으로 더 잘 설명됨)은 사용자가 읽을 수 있는 유량(gpm, lpm 등)으로 축 주위의 액체 흐름에서 회전하는 펠튼 휠의 기계적 작용을 해석한다. 펠튼 휠은 모든 흐름이 제트기에 의해 블레이드에 집중된 흡입구 흐름과 함께 그 주위를 여행하는 경향이 있다. 원래의 펠튼 휠은 동력 생성에 사용되었고, "반응 컵"이 있는 방사형 유량 터빈으로 구성되었는데, 이 유체 방향의 변화를 이용하여 유체를 반대 방향으로 돌려 터빈 효율을 더욱 높였다.

전류계

수력 발전소에서 사용하는 것과 같은 대형 펜스톡을 통과하는 유량은 전체 면적의 유속을 평균하여 측정할 수 있다. 프로펠러식 전류계(순수 기계식 Ekman 전류계와 유사하지만, 현재 전자 데이터 수집과 함께)는 펜스톡 영역과 평균 속도를 통과하여 총 유량을 계산할 수 있다. 이것은 초당 수백 입방미터의 순서일 수 있다. 전류계를 통과하는 동안 유량이 일정하게 유지되어야 한다. 수력 발전 터빈 시험 방법은 IEC 표준 41에 제시되어 있다. 이러한 흐름 측정은 대형 터빈 효율을 시험할 때 종종 상업적으로 중요하다.

압력계

베르누이의 원리에 의존하는 유량계에는 여러 종류가 있다. 압력은 층판, 오리피스, 노즐 또는 벤투리 튜브를 사용하여 인위적인 수축 작용을 만든 다음 그 수축 과정을 통과할 때 유체의 압력 손실을 측정하거나,^[7] 동적 압력을 유도하기 위해 정적 및 정체 압력을 측정하여 측정한다.

벤투리 미터

벤투리 미터는 어떤 식으로든 흐름을 수축시키고, 압력 센서는 수축 전, 내에서의 차압을 측정한다. 이 방법은 파이프라인을 통한 가스전송의 유량을 측정하는 데 널리 사용되며, 로마 제국 시대부터 사용되어 왔다. 벤투리 미터의 방전 계수는 0.93 ~ 0.97이다. 액체 흐름을 측정하는 최초의 대규모 벤투리 계량기는 클레멘스 허셜에 의해 개발되었는데, 클레멘스 허셜은 이 계량기를 19세기 말엽부터 시작하여 크고 작은 물과 폐수의 흐름을 측정하는 데 사용했다.^[8]

오리피스 판

오리피스 판은 구멍이 뚫린 판으로, 흐름에 수직으로 놓인다; 그것은 흐름을 수축시키고, 수축에 걸친 압력 차이를 측정하면 유속이 나온다. 기본적으로 벤투리 미터의 조잡한 형태지만 에너지 손실이 더 높다. 오리피스의 종류는 동심원, 편심원, 구획의 세 가지가 있다.^[9][10]

달관

달링 튜브는 벤투리 미터를 단축한 것으로 오리피스 판보다 낮은 압력 강하가 있다. 이러한 유량계와 마찬가지로 Dall tube의 유량은 도관 제한으로 인한 압력 강하를 측정하여 결정한다. 압력 차이는 일반적으로 디지털 판독값이 있는 다이어프램 압력 변환기를 사용하여 측정된다. 이들 미터는 오리피스 미터에 비해 영구적인 압력손실이 현저히 낮기 때문에 달팽이관은 대형 배관공사의 유량 측정에 널리 사용된다. 달링 튜브에서 발생하는 차압은 벤투리 튜브와 노즐보다 높으며, 모두 목 지름이 같다.

피토튜브

피토 튜브는 유체 유속 측정에 사용된다. 관은 유량을 가리키며 프로브 끝의 정체압과 옆면의 정압의 차이를 측정하여, 베르누이의 방정식을 이용하여 유체속도를 계산하는 동적 압력을 산출한다. 유량의 부피 측정은 유량의 다른 지점에서 속도를 측정하고 속도 프로파일을 생성하여 결정할 수 있다.^[11]

멀티홀 압력 프로브

다중 구멍 압력 프로브(충격 프로브라고도 함)는 피토 튜브 이론을 둘 이상의 차원으로 확장시킨다. 일반적인 충격 탐침은 특정 패턴으로 배열된 측정 팁에 3개 이상의 구멍(탐침 유형에 따라 다름)으로 구성된다. 더 많은 구멍을 통해 계측기는 (적절한 보정 후) 규모 외에 유속의 방향을 측정할 수 있다. 3개의 구멍이 일렬로 배열되어 있어 압력 프로브가 2차원의 속도 벡터를 측정할 수 있다. 더 많은 구멍(예: "플러스" 형태로 배열된 5개의 구멍)을 도입하면 3차원 속도 벡터를 측정할 수 있다.

원뿔 미터

콘 미터는 1985년 캘리포니아 헤멧에서 McCmeter에 의해 처음 출시된 신형 차압계량 장치다. 콘 미터는 비대칭과 소용돌이치는 흐름의 영향에 내성이 있는 것으로 나타난 일반적이지만 강력한 차압계(DP) 미터에 해당한다. 벤투리 및 오리피스형 DP 미터와 동일한 기본 원리로 작업하는 동안 콘 미터에는 동일한 업스트림 및 다운스트림 배관이 필요하지 않다.^[12] 원뿔은 차압 생산기뿐만 아니라 조절 장치 역할도 한다. 업스트림 요건은 오리피스 플레이트의 경우 최대 44개의 직경 또는 벤투리의 경우 22개의 직경과 비교하여 0~5개의 직경이다. 콘 미터는 일반적으로 용접 시공이므로 사용 전에 항상 보정하는 것이 좋다. 불가피하게 용접의 열 영향은 라인 크기, 베타 비율 및 작동 중인 레이놀즈 번호에 대한 방출 계수에 대한 표 형식의 데이터를 수집하고 게시하는 것을 방해하는 왜곡 및 기타 효과를 야기한다. 보정된 콘 미터는 ±0.5%까지 불확실성이 있다. 보정되지 않은 콘 미터의 불확도는 ±5.0%^{[citation needed]}이다.

선형 저항계

선형 저항계는 층류 유량계라고도 하며, 측정된 차압이 흐름과 유체 점도에 선형 비례하는 매우 낮은 유량을 측정한다. 이러한 흐름은 이 절에서 언급한 오리피스 판, 벤투리스 및 기타 미터에 의해 측정된 난류 흐름과는 반대로 점성 드래그 흐름 또는 층류 흐름이라고 불리며, 레이놀즈 수가 2000 이하인 것이 특징이다. 1차 유량 요소는 하나의 긴 모세관, 그러한 관 묶음 또는 긴 다공성 플러그로 구성될 수 있다. 이러한 낮은 유량은 작은 압력 차이를 만들지만 긴 유량 요소는 더 높고 더 쉽게 측정된 미분을 생성한다. 이러한 유량계는 지배적인 Hagen-Poiseuille 방정식에서 볼 수 있듯이 유체 점도와 유량 원소의 직경에 영향을 미치는 온도 변화에 특히 민감하다.^[13][14]

가변 면적 유량계

"변동 면적계"는 장치의 단면적이 흐름에 따라 달라지도록 하여 유체 흐름을 측정하여 속도를 나타내는 일부 측정 가능한 효과를 발생시킨다. 로타미터(rotameter)는 가변 면적 미터의 예로서, 유량이 증가함에 따라 테이퍼형 튜브에서 가중 "플로트"가 상승하는 것을 멈춘다. 플로트와 튜브 사이의 영역이 유체 흐름의 드래그에 의해 균형이 잡힐 정도로 크면 플로트가 상승하는 것을 멈춘다. 의료용 가스에 사용되는 로타미터의 한 종류는 Thorpe tube flowmeter이다. 부유물은 여러 가지 다른 모양으로 만들어지는데, 구와 구형의 타원이 가장 흔하다. 일부는 유체 흐름에서 눈에 띄게 회전하여 사용자가 부유물이 고착되었는지 여부를 판단하는 데 도움이 되도록 설계된다. 로타미터는 다양한 액체에 사용할 수 있지만 물이나 공기와 함께 가장 흔히 사용된다. 1% 정확도까지 유량을 신뢰성 있게 측정할 수 있다.

또 다른 유형은 스프링이 장착된 테이퍼형 플런저가 오리피스를 통과하는 흐름에 의해 굴절되는 가변 면적 오리피스다. 변위는 유량에 관련될 수 있다.^[15]

광학유량계

광학 유량계는 유량을 결정하기 위해 빛을 사용한다. 천연가스와 산업용 가스를 동반한 작은 입자들이 두 개의 레이저 빔을 통과해 광학 장치를 밝혀 파이프 내 흐름 경로에 짧은 거리를 두고 초점을 맞췄다. 레이저 빛은 입자가 첫 번째 빔을 통과할 때 산란된다. 검출 광학 장치는 광검출기에 산란된 빛을 모아 펄스 신호를 생성한다. 같은 입자가 두 번째 빔을 가로지르면서 검출 광학 장치는 두 번째 광검출기에 산란된 빛을 모아 들어오는 빛을 두 번째 전기 펄스로 변환시킨다. 이러한 펄스 사이의 시간 간격을 측정하여 가스 속도를 $V{\displaystyle }$= ${\displaystyle D}$/ ${\displaystyle t}$ ${\displaystyle V=D/t}$로 계산한다. 여기서$$ $D{\displaystyle }$ ${\displaystyle D}$은 레이저 빔 사이의 거리이고 $t{\displaystyle }$ ${\displaystytle t}$은 시간 간격이다.

레이저 기반의 광학 유량계는 기체의 열전도율, 기체 흐름의 변화 또는 기체의 구성에 의존하지 않는 특성인 입자의 실제 속도를 측정한다. 작동 원리는 광 레이저 기술이 고온, 저유량, 고압, 습도, 파이프 진동 및 음향 소음을 포함할 수 있는 까다로운 환경에서도 고도로 정확한 유량 데이터를 전달할 수 있도록 한다.

광학 유량계는 움직이는 부품이 없어 매우 안정적이며 제품의 수명에 걸쳐 매우 반복 가능한 측정을 제공한다. 두 레이저 시트 사이의 거리는 변하지 않기 때문에 광학 유량계는 초기 커미셔닝 후 주기적인 보정이 필요하지 않다. 광학 유량계는 일반적으로 다른 유형의 미터에 필요한 두 개의 설치 지점 대신 하나의 설치 지점만 필요로 한다. 단일 설치 지점이 더 간단하고 유지보수가 덜 필요하며 오류가 발생하기 쉽다.

시중에서 구할 수 있는 광학 유량계는 0.1m/s에서 100m/s(1000:1 턴다운비) 이상의 유량을 측정할 수 있으며 대기오염의 원인이 되는 유정 및 정유소의 플레어 가스 측정에 효과적이라는 것이 입증되었다.^[16]

개방 채널 유량 측정

개방 채널 흐름은 흐르는 액체가 공기에 개방된 상면을 갖는 경우를 기술하며, 흐름의 단면은 하단의 채널 모양에 의해서만 결정되며, 채널 내 액체의 깊이에 따라 가변적이다. 파이프 내 흐름의 고정 단면에 적합한 기법은 개방 채널에서는 유용하지 않다. 수로에서 유량을 측정하는 것은 중요한 개방 채널 흐름 응용 프로그램이다. 그러한 설치는 스트림 게이지라고 알려져 있다.

흐름 수준

물의 수위는 다양한 이차 장치를 사용하여 보 뒤 또는 플룸에서 지정된 지점에서 측정된다(버블러, 초음파, 플로트, 차압은 일반적인 방법임). This depth is converted to a flow rate according to a theoretical formula of the form ${\displaystyle Q=KH^{X}}$ where ${\displaystyle Q}$ is the flow rate, ${\displaystyle K}$ is a constant, ${\displaystyle H}$ is the water level, and ${\displaystyle X}$ is an exponent which varies with the devi사용된 ce. 또는 경험적으로 파생된 수준/흐름 데이터 포인트("흐름 곡선")에 따라 변환된다. 유량은 시간 경과에 따라 체적 흐름에 통합될 수 있다. 수위 대 유량 장치는 일반적으로 지표수(스프링, 하천, 하천), 산업 방류 및 오수의 흐름을 측정하는 데 사용된다. 이 중 고형물이 적은 흐름(일반적으로 지표수)에는 보를, 고형물 함량이 낮거나 높은 흐름에는 플럼을 사용한다.^[17]

지역/속도

유량의 단면적은 깊이 측정으로 계산하여 유량의 평균속도를 직접 측정한다(도플러와 프로펠러 방법이 일반적이다). 단면적의 속도 곱하기 속도는 체적 흐름에 통합될 수 있는 유량을 산출한다. 면적 속도 유량계에는 (1) 습식 및 (2) 비접촉의 두 종류가 있다. 습식 지역 속도 센서는 일반적으로 채널이나 강의 바닥에 장착하고 도플러를 사용하여 유입된 입자의 속도를 측정해야 한다. 깊이와 프로그래밍된 단면을 사용하면 방출 흐름 측정을 제공할 수 있다. 레이저나 레이더를 사용하는 비접촉 장치를 채널 위에 탑재해 위에서 속도를 측정한 뒤 초음파를 이용해 위에서부터 물의 깊이를 측정한다. 레이더 장치는 표면 속도만 측정할 수 있는 반면 레이저 기반 장치는 표면 아래 속도만 측정할 수 있다.^[18]

염료검사

단위 시간 당 알려진 양의 염료(또는 소금)가 흐름 흐름에 추가된다. 혼합을 완료한 후 농도를 측정한다. 희석률은 유량과 같다.

어쿠스틱 도플러 벨로시메트리

어쿠스틱 도플러 벨로시메트리(ADV)는 주파수가 비교적 높은 단일 지점에서 순간 속도 성분을 기록하도록 설계됐다. 측정은 도플러 시프트 효과를 기반으로 원격 샘플링 볼륨에서 입자 속도를 측정하여 수행한다.^[19]

열질량유량계

열 질량 유량계는 일반적으로 열선 소자와 온도 센서의 조합을 사용하여 유체에 대한 정적인 열 전달과 유동적인 열 전달의 차이를 측정하고 유체의 특정 열과 밀도를 파악하여 유체의 흐름을 유추한다. 유체 온도도 측정하여 보상한다. 유체의 밀도와 특정 열 특성이 일정하면 계량기는 직접 질량 흐름 판독값을 제공할 수 있으며, 지정된 범위에 걸쳐 추가적인 압력 온도 보정이 필요하지 않다.

기술의 발전으로 MEMS 센서처럼 미세한 규모로 열 질량 유량계를 제조할 수 있게 되었다. 이러한 유량 장치는 분당 나노리터 또는 마이크로리터의 범위에서 유량을 측정하는 데 사용될 수 있다.

열질량 유량계(열분산계 또는 열변위 유량계라고도 함) 기술은 압축 공기, 질소, 헬륨, 아르곤, 산소, 천연 가스 등에 사용된다. 사실 대부분의 가스는 상당히 깨끗하고 부식되지 않는 한 측정할 수 있다. 보다 공격적인 기체의 경우 계량기는 특수 합금(예: 해스텔로이)으로 만들 수 있으며, 가스를 미리 건조하는 것도 부식을 최소화하는 데 도움이 된다.

오늘날 열 질량 유량계는 화학 반응이나 다른 유량 측정 기술이 어려운 열 전달 응용과 같이 점점 증가하는 용도의 가스 흐름을 측정하기 위해 사용된다. 예를 들어 CPAP 장치, 마취 장비 또는 호흡 장치와 같은 의료 분야에서 유량 센서의 다른 일반적인 용도를 찾을 수 있다.^[7] 이는 열 질량 유량계가 기체 매체의 열 특성(온도, 열전도도 및/또는 특정 열) 중 하나 이상의 변화를 모니터링하여 질량 유량을 정의하기 때문이다.

MAF 센서

많은 후기 모델 자동차에서는 흡입 공기량(MAF) 센서를 사용하여 내연 엔진에 사용되는 흡입 공기의 흡입 유량을 정확하게 결정한다. 그러한 많은 질량 흐름 센서는 가열된 소자와 다운스트림 온도 센서를 사용하여 공기 유량을 표시한다. 다른 센서들은 스프링식 베인을 사용한다. 어느 경우든 차량의 전자 컨트롤 유닛은 센서 신호를 엔진의 연료 요구량을 실시간으로 나타내는 것으로 해석한다.

소용돌이 유량계

또 다른 유량 측정 방법으로는 허세용 몸체(탈출기 바)를 유체의 경로에 배치하는 방법이 있다. 유체가 이 막대를 통과할 때, vortices라고 불리는 흐름에서 장애가 발생한다. 포복절도한 몸체의 양쪽에서 번갈아 가며 실린더 뒤쪽으로 따라간다. 이 소용돌이의 오솔길은 폰 카르만이 1912년에 이 현상을 수학적으로 기술한 것을 따서 폰 카르만 보텍스 거리라고 불린다. 이러한 변위가 횡방향으로 교차하는 빈도는 기본적으로 유체의 유량에 비례한다. 헛간 바의 내부, 위 또는 하류에는 소용돌이 드리핑의 빈도를 측정하는 센서가 있다. 이 센서는 종종 압전 결정체로서 소용돌이가 생길 때마다 작지만 측정 가능한 전압 펄스를 생성한다. 그러한 전압 펄스의 주파수도 유체 속도에 비례하므로 유량계의 단면적을 이용하여 체적 유량을 계산한다. $f{\displaystyle }$= ${\displaystyle S}$ V${\displaystyle }$/ L ${\displaystyle$ f=SV$/L}$ 등식을 사용해 유량계 전자장치에 의해 주파수를 측정하고 유량을 계산한다. 여기서$$ $f{\displaystyle }$ ${\displaystyle f}$은(는) vortice의 주파수, L ${\displaystyle L}$은 허세체의 특성 $길이{\displaystyle }$, V$${\$displaystytylee V}$은 흐름의 속도 o.허풍쟁이 몸통, S ${\displaystyle S}$는 스트루할 수 있는 수로서, 기본적으로 작동 한계 내에서 주어진 체형에 대한 상수다.

음파탐지유량 측정

음파탐지기 유량계는 삽입형 유량계가 원하지 않는 슬러리, 부식성 유체, 다중 효소 유체 및 유량을 전달하는 관내의 유량을 측정하는 비침습 클램프온 장치다. 음파탐지기 유량계는 다양한 유량에 대한 내성과 회전율 저하로 전통 기술이 일정한 한계를 갖는 채굴, 금속 가공, 상류 석유 가스 산업 등에서 널리 채택되어 왔다.

음파탐지기 유량계는 배관 내에서 비침습적으로 액체나 기체의 속도를 측정한 다음 배관의 단면적과 라인 압력 및 온도를 이용하여 이 속도 측정을 유량으로 활용할 수 있다. 이 흐름 측정의 원리는 수중 음향의 사용이다.

수중 음향학에서 수중 음파 탐지기는 두 가지 알려진 것을 사용한다.

• 배열을 통한 소리 전파 속도(즉, 바닷물을 통한 소리 속도)
• 센서 어레이의 센서 간 간격

다음, 미지의 값을 계산한다.

• 개체의 위치(또는 각도)

마찬가지로 수중음파탐지기 유량 측정은 수중음향에 채택된 동일한 기법과 알고리즘을 사용하지만, 이를 유정 및 가스정, 유선의 유량 측정에 적용한다.

유속을 측정하기 위해 음파탐지기 유량계는 다음 두 가지 알려진 것을 사용한다.

• 물체의 위치(또는 각도) - 흐름이 센서 어레이와 정렬된 파이프를 따라 이동하기 때문에 0도인 경우
• 센서 어레이의^[20] 센서 간 간격

다음, 미지의 값을 계산한다.

• 배열을 통한 전파 속도(즉, 배관 내 매체의 흐름 속도)^[21]

전자기, 초음파 및 코리올리 유량계

유량 측정의 현대적 혁신은 다양한 압력 및 온도(즉, 밀도) 조건, 비선형성 및 유체의 특성에 대해 교정할 수 있는 전자장치를 포함한다.

자기유량계

흔히 "매그 미터" 또는 "전자기"라고 불리는 자기 유량계는 계량관에 적용되는 자기장을 사용하며, 이는 유속 선에 수직인 유속에 비례하는 전위차를 초래한다. 전위차는 흐름과 적용된 자기장에 수직으로 정렬된 전극에 의해 감지된다. 작업 중 물리적 원리는 패러데이의 전자기 유도 법칙이다. 자기유량계에는 전도유체와 비전도관 라이너가 필요하다. 전극은 프로세스 액체와 접촉하여 부식되지 않아야 한다. 일부 자기 흐름계에는 전극을 제자리에 청소하기 위해 설치된 보조 변환기가 있다. 적용된 자기장은 펄스로 되어 있어 유량계가 배관 시스템의 부유 전압의 영향을 취소할 수 있다.

비접촉 전자기 유량계

로렌츠 힘 벨로시미터 시스템은 로렌츠 힘 흐름계(LFF)라고 불린다. LFF는 움직이는 액체 금속과 적용된 자기장 사이의 상호작용에서 발생하는 통합 또는 대량 로렌츠 힘을 측정한다. 이 경우 자기장의 특성 길이는 채널의 치수와 같은 크기 순서가 된다. 국부적 자기장을 사용하는 경우 국부 속도 측정을 수행할 수 있으므로 로렌츠 힘 벨로키미터라는 용어가 사용된다는 점에 유의해야 한다.

초음파 유량계(도플러, 통행시간)

초음파유량계에는 도플러와 수송시간이라는 두 가지 주요 유형이 있다. 둘 다 초음파를 이용해 측정을 하고 비침습적일 수 있는 반면(관, 파이프 또는 혈관 외부로부터의 흐름 측정) 유량은 매우 다른 방법으로 측정한다.

초음파전달시간유량계는 흐름방향과 반대방향으로 전파되는 초음파 펄스의 전달시간 차이를 측정한다. 이 시차는 초음파 빔의 경로를 따라 흐르는 유체의 평균 속도에 대한 측정값이다. 절대 전달 시간을 사용하여 평균 유체 속도와 음속을 계산할 수 있다. t ${\displaystyle p_{}}$ ${\$과 t ${\displaystyle {\mathrm{do}}_{}}$ w ${\displaystyle n_{}}$ ${\$의 두 전송 시간 및 수신$$ 및 송신 변환기 $L{\displaystyle }$ ${\displaystyle L}$과 기울기 각도 $\alpha {\displaystyle }$ ${\displaystyle \alpha}$ 사이의 거리를 사용하면$$ 다음과 같은 방정식을 작성할 수 있다.

${\displaystyle v={\frac {L}{2\;\cos \left(\alpha \right)}}\;{\frac {t_{up}-t_{down}}{t_{up}\;t_{down}}}}$ and ${\displaystyle c={\frac {L}{2}}\;{\frac {t_{up}+t_{down}}{t_{up}\;$$t_{{down}}}}}$

여기서 $v{\displaystyle }$ ${\displaystyle v}$은 음로를 따라 흐르는 유체의 평균 속도이고 $c{\displaystyle }$ ${\displaystyle c}$은 음속이다.

넓은 빔 조명 전달 시간 초음파를 사용하여 혈관 또는 튜브의 단면적에 독립적인 볼륨 흐름을 측정할 수도 있다.^[22]

초음파 도플러 유량계는 흐르는 유체의 미립자로부터 초음파 빔을 반사하여 도플러 이동을 측정한다. 전송된 빔의 주파수는 입자의 움직임에 의해 영향을 받는다. 이 주파수 시프트는 유체 속도를 계산하는 데 사용될 수 있다. 도플러 원리가 작동하려면 고체 입자나 유체에 매달려 있는 기포 등 음영 반사 물질의 밀도가 충분히 높아야 한다. 이는 거품과 고체 입자가 측정 정확도를 떨어뜨리는 초음파 전달 시간 유량계와 정면으로 대비된다. 이러한 입자에 대한 의존성 때문에 도플러 유량계에 대한 적용은 제한적이다. 이 기술은 어쿠스틱 도플러 벨로시메트리로도 알려져 있다.

초음파 유량계의 한 가지 장점은 유체를 통과하는 음속의 속도가 알려진 한 다양한 유체의 유량을 효과적으로 측정할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 초음파 유량계는 액화천연가스(LNG)와 혈액과 같은 다양한 액체의 측정에 사용된다.^[23] 또한 특정 유체에 대해 예상되는 음속을 계산할 수 있다. 이는 유량계의 측정 품질을 모니터링하기 위한 목적으로 초음파 유량계에 의해 경험적으로 측정된 음속과 비교할 수 있다. 품질 저하(측정된 음속의 변화)는 계량기에 수리가 필요하다는 것을 나타낸다.

코리올리 플로우미터

횡방향 진동 튜브가 왜곡되는 코리올리 효과를 이용하면 코리올리 유량계에서 질량 흐름을 직접 측정할 수 있다.^[24] 또한 유체의 밀도를 직접 측정한다. 코리올리 측정은 측정하는 가스나 액체의 종류에 관계없이 매우 정확할 수 있다. 같은 측정관을 재교정 없이 수소 가스와 비투멘에 사용할 수 있다.^{[citation needed]}

코리올리 유량계는 천연가스 유량 측정에 사용할 수 있다.^[25]

레이저 도플러 흐름 측정

움직이는 입자에 충돌하는 레이저 광선은 입자의 속도(도플러 효과)에 비례하는 파장의 변화로 부분적으로 산란된다. 레이저 도플러 풍속계(LDA)라고도 불리는 레이저 도플러 벨로미터(LDV)는 레이저 빔을 작은 입자(자연적으로 발생하거나 유도된)를 함유한 유체의 작은 부피에 집중시킨다. 입자들은 도플러 시프트로 빛을 흩뿌린다. 이 이동된 파장의 분석은 입자의 속도를 직접, 그리고 매우 정밀하게 결정하는데 사용될 수 있으며, 따라서 유체 속도의 근접한 근사치를 결정할 수 있다.

도플러 시프트를 결정하기 위해 다양한 기법과 장치 구성을 사용할 수 있다. 모두 광검출기(일반적으로 눈사태 광다이오드)를 사용하여 분석을 위해 빛을 전기 파형으로 변환한다. 대부분의 장치에서 원래의 레이저 광선은 두 개의 빔으로 나뉜다. 하나의 일반 LDV 등급에서, 두 빔은 그들이 간섭하고 일련의 직선 프링들을 발생시키는 그들의 초점에서 교차하도록 만들어진다. 그런 다음 센서는 프링크가 흐름 방향에 수직이 되도록 흐름과 정렬된다. 입자들이 프링거를 통과하면서 도플러-시프팅된 빛은 광검출기로 모아진다. 또 다른 일반 LDV 등급에서는 한 빔을 기준으로 사용하고 다른 빔은 도플러 흠집형이다. 그런 다음 두 빔을 광학 헤테로디안 검출기로 수집하여 도플러 신호를 추출한다.^[26]

눈금 매기기

이상적으로는 유량계가 그 환경의 영향을 받지 않아야 한다 하더라도, 실제로는 그렇지 않을 것 같다. 종종 측정 오류는 잘못된 설치 또는 기타 환경에 따른 요인에서 발생한다.^[27][28] 현장에서는 유량계가 정확한 유량 조건에서 보정될 때 사용한다. 유량계 보정 결과는 성능 지표 지표와 유량 지표의 두 가지 관련 통계를 산출한다.^[29]

운송시간법

파이프 흐름의 경우 측정된 흐름으로 라디오트레이커를 펄스로서 주입하는 이른바 전달 시간 방법이 적용된다. 수송 시간은 배관 외부에 배치된 방사선 검출기의 도움으로 정의된다. 체적 유량은 측정된 평균 유체 유속과 내부 배관 단면을 곱하여 구한다. 이 기준 유량 값은 교정할 유량 측정에 의해 주어진 동시 유량 값과 비교된다.

절차는 표준화되어 있다(액체의 경우 ISO 2975/VII, 기체의 경우 BS 5857-2.4). 액체와 가스에 대한 최선의 인가된 측정 불확도는 0.5%^[30]이다.

추적 희석법

라디오트라커 희석 방법은 개방 채널 유량 측정을 교정하는 데 사용된다. 추적기 농도를 알고 있는 용액은 일정한 속도로 채널 흐름에 주입된다. 다운스트림 트레이서 용액은 흐름 단면 위에 완전히 혼합되어 있으며, 연속적인 샘플을 채취하여 주입된 용액에 대한 트레이서 농도를 결정한다. 유량 기준값은 주입된 추적기 흐름과 희석유량 사이의 추적기 밸런스 조건을 사용하여 결정된다. 절차는 표준화되어 있다(개방 채널의 액체 흐름의 경우 ISO 9555-1 및 ISO 9555-2). 최선의 인가된 측정 불확도는 1%이다.^[30]

참고 항목

• 아네모미터
• 자동계량기판독
• 유량계 오차
• 포드 점도 컵
• 가스계량기
• 레이저 도플러 벨로시메트리
• 1차 유량 원소
• 수도계량기

참조