유량측정보고서

목차

개요, 측정원리 및 실험장치, 측정결과, 분석 및 토의, 결론,

본문내용

원판으로 구성되어있다. 이 원판은 오리피스 유량계와 파이프가 동심이 되도록 파이프에 삼입하였다. 오리피스 설계에는 몇가지 변화량이 있는데 위 그래프와 제시하는 사각형 오리피스가 보통이다.
② 벤튜리관(venturi)
<압력 강화와 관련된 Herschel의 벤튜리 유량계>
표준 벤튜리관 유량계의 확대각은 15 또는 7이다. 이런 목적에서 벤튜리관 유
량계는 두 플렌지 사이에 설치된다. 압력은 목부분 상류 위치에 있는 한 점과 목부
분에 있는 다른 한 점에서 측정한다.
<일반적 차단 유량계에서 영구압력 손실>
③ 층류 유량계
손실 h는 Darcy-Weisbach관계에 의해
h=
위 식에서의 L은 압력탭 사이의 거리이며, f는 마찰계수로서 층류에서는 다음 같
이 간단히 쓸 수 있다.
질량 보존법칙에 의해
일정한 도관을 가진 도관이면 U=U
따라서 을 이용하여 Darcy-Weisbach 관계에 대입하면
Re< 2000
이 식은 층류 유량계의 가장 기본적인 식이다. 이 식은 층류 파이프 유동에서 체적
유량이 압력강하와 선형적인 관계를 가지고 있음을 알려주고 있다.
<층류 유량계>
ⅱ. 삽입체적 유량계
삽입체적 유량계에는 전자기 유량계, 와류유량계, 로터미터 등이 있다.
① 전자기 유량계(electro magnetic flow meter)
전자기 유량계는 길이가 L인 도체가 속도 U로 자장 B를 통과 할때, 전위의 기전력 E가 발생한다는 원리하에 작동한다.
<전자기 유량계 원리>
이 유량계는 페러데이 법칙에 의한 원리로 작동 된다.
E=UBL
이 식에서 E의 크기는
E=UBLsin=
는 평균 속도벡터와 자장벡터 사이의 각이며 일반적으로 90이다.
유량은 다음 식에 의해 구할 수 있다.
② 와류 유량계(vortex flow meter)
와류 유량계는 와류현상에 근거하여 파이프 유동에서 평균 속도를 측정하는데 사용된다. 동체의 형상이 주어졌을 때, 와류 주파수 와 평균속도U 사이의 기본관계는 Strouhal수에 의 해 결정된다.
여기서 d는 동체 특성 길이이다. 일정한 Strouhal 수를 가질 때, 연속성 흐름의 유량은 와류 주파수에 근거하여 구할 수 있다.
K=
Q=K
<와류 유량계>
<동체의 형상과 Strouhal 수>
③ 로터미터(rotameters)
그림과 같이 수직한 관속에 있는 부유체로 구성되었으며 관은 출구에서 횡단면적이
점점 증가된다. 입구를 통해 들어온 유체가 자유롭게 이동할 수 있는 부유체를 흘
러지난다. 이장치의 기본 원리는 유동체에서 부유체에 작용하는 항력F,중력W, 부
부력F사이의 평형관계를 기초로 한다. 수직 방향에서의 힘의 평형을 식으로 정리
하면
0=-F+W-F
F=C, W=, F=
C=g()
위에서
=부유체의 밀도
= 유체의 밀도
C=부유체의 항력계수
A=관의 횡단면적
U=부유체를 통과하는 평균속도
V=부유체의 체적
힘의 평형을 이루는 관의 어느 위치에서 부유체는 자리를 잡는다. 이 위치의 높이
는 유동속도와 유량에 따라 증가한다. 유량은 다음 식에 의해 구할 수 있다.
Q=UA(y)=[CK]A(y)
위에서 A(y)는 부유체와 관 사이의 환상 면적이며, 이는 관속 부유체 높이에 의
존한다.K은 유량계의 설계와 사용하는 유체에 의존하는 상수다.
ⅲ. 질량 유량계
① 코리올리 가속도 유량계
<코리올리 유량계의 작동 원리>
유체의 요소질량 dm이 유량계의 단면적을 흘러 지날 때 z방향에서 코리올리 가속도 2r과 관성력
r
dF=(2r)dm
을 발생한다. 이 힘에 의해 토크도 발생하게 된다.
dT=xdF=x(2r)dm
요소질량 단면적이 A이고 길이가 dl이며 유체밀도가 일때, dm=A이다. 이 요소 질량이 평균 속도 U로 운동 할때,
dm=A이=m
코리올리 외적은 다음과 같이 쓸 수 있다.
2r=(2rsin)e=(2Usin)e
m=
Ⅲ. 측정 결과
위에서 살펴본 각종 유량계들은 그 측정원리와 사용범위, 정밀도등에는 차이가 있지만 모두가 유량을 감지하여 이를 특정한 형태로 변환시킨 후 일정한 법칙에 따라 출력한다는 점에는 동일하다. 압력차나 기전력이나 속력변화에 의한 유량 측정이 대부분이다.
Ⅳ. 분석 및 토의
유량계종류
유 량 계 의 특 징
오리피스
압력손실이 크다.
가격이 싸다.
제작이 쉽다.
비교적 신뢰성이 높다
벤튜리관
압력손실이 작다
가격이 비싸다
제작이 복잡하다
층류
유량계
적은 유량에서 민감도가 높다.
어떤 방향에서나 파이프 시스템의 유량을 측정할 수 있다
유량범위가 넓다.
맥동유동에서 평균유량을 제시할수 잇다.
전자기 유량계
압력손실이 작다
부식성 유체나 더러운
유체유량측정에 용이하다.
맥동성 유동에 사용이 대부분이다.
와류 유량계
유량의 최저한계 수는 레이놀즈수가 10000에 가까울때 나타난 다.
마하수가 0.2를 초월할 때 압축효과 제한을 받는다.
차단 유량계에 비해 상대적으로 압력손실이 낮다.
로터미터
부유체가 날카로울수록 온도에 따른 점성변화에 덜 민감 하다.
정밀도가 가장 중요한 요소로 취급되지 않는 응용에 사용된다.
코리올리 유량계
농도계로 사용된다
유량계의 설치 위치에 상당히 둔감하다.
유량계종류
유 량 계 의 불확도
오리피스
유량계수의 불확도는 0.2<<0.6dlf 때 C의 0.6% > 0.6일 때 %
팽창계수의 불확도는4()/p%
벤튜리관
유량계수는 0.9840.7%
팽창계수는 [(4+100)()/p]%
층류
유량계
0.25%(파이프 막힘에 민감함으로 깨끗한 유체에만 적용)
전자기 유량계
0.25%
와류 유량계
20:1의 유량범위에 걸쳐 0.5%의 K과 선형관계 작동
파이프 지름의 크기에 따라 분해능이 급격히 낮아짐
로터미터
10:1 확대 비율을 유지할 때, 불확도는 유량의 0.2%
코리올리 유량계
20:1의 유량 범위내에서 0.25%의 불확도
Ⅴ. 결론
이번 실험보고서 작성으로 우리가 배웠던 베르누이 방적식과 기본원리들에 대해 다시 복습해 볼수 있었다. 우리가 알고 있는 Q=AV라는 식에 얽매이지 않고 다양하게 유량을 측정 한다는 것도 알 수 있었다. 그리고 유체의 점성 그리고 특성을 파악해 어떠한 유량계를 사용해야 하는지도 알게 되었다.

키워드

유량,   유량계,   측정원리