[레포트자료] 유체역학 비중,점도,압력,유속,유량계 조사

소개글

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목차

1. 비중계의 측정원리와 측정기기
2. 점도계의 측정원리와 측정기기
3. 압력계의 측정원리와 측정기기
4. 유속계의 측정원리와 측정기기

본문내용

는 유체의 속도, A는 유체가 들어오는 입구의 관의 단면적,ρ는 유체의 밀도, a는
관의 출구 쪽의 단면적, ρ′는 압력계에 들어 있는 유체의 밀도, h는 단면적 A와 단면적 a
에서의 압력계의 높이차이고, g는 중력가속도이다.
◆ 오리피스 (Orifice)
: 오리피스는 수조의 측면 또는 밑면에 설치된 규칙적인 형상을 가진 유출구이다. 오
리피스는 수조의 수면에서 오리피스 중심부까지의 깊이에 비해 오리피스의 단면적이
작아서 수두변화가 없는 경우를 작은 오리피스라 하고, 수면에서 오리피스 중심선까
지의 깊이에 비하여 오리피스의 단면적이 큰 것을 큰 오리피스라 한다. 또, 오리피스
가 측면에 있는 것을 연직 오리피스, 수조의 바닥에 설치된 것을 수평 오리피스라 한
다. 오리피스의 형상에 따라 원형과 직사각형이 있으며, 오리피스 끝이 45°각도로 칼
날같이 날카로운 것을 표준 오리피스라 하고, 일반적으로 원형 오리피스를 많이 사
용한다.
작은 오리피스는 수면에서 오리피스 중심부까지의 깊이에 비해 오리피스의 단면적
이 작은 경우이므로, 오리피스 지름 D보다 수면에서 오리피스 중심까지의 수심 H가
5배 이상이면 작은 오리피스로 계산한다.
또 와류, 점성에 의한 손실이 크기 때문에 계수(유량계수, 유속계수)를 추가한다.
◆ 노즐 (Nozzle)
: 유체를 고속도로 분출시키기 위해 사용되는 분출 부리를 말한다. 보통은 매끄러운
끝조임의 통 형상을 하고 있다. 노즐은 유체를 분출하는 것 자체를 목적으로 하는 경
우, 고속으로 분출시킴으로써 일정 압력을 저하시켜 다른 유체를 흡인시키는 경우(
분사 펌프), 또 유로 중에 설치해서 그 전후의 일정 압력차로부터 유량을 측정하는
경우 등에 사용된다.
호스의 단면과 노즐 끝 출구점에 베르누이의 정리를 적용하면 출구속도 v를 구하고,
그 면적을 곱해 유량 Q를 얻는다.
◆ 위어 (Weir)
: 수로를 횡단하여 벽면을 설치하고, 그 위로 물이 월류할 때 이 벽면을 위어라 한
다. 위어는 실험실, 용수로 및 개수로 등의 유량측정을 주목적으로 한다.
◆ 로터미터 (Rotameter)
: 유량계의 일종. 그림과 같은 간단한 장치로, 위에 조금 확대된 관(유리관이 많고,
단면은 반드시 원형은 아니다) 안의 부표가 유체류에 따라 밀어올려져 정상적으로 도
달한 위치를 측정하여 관 안을 단위 시간에 통과하는 유체량을 알 수 있다. 유랑계로
서는 면적 가변형에 속하고 이론적으로는 부표 및 부표 주위 벽으로의 마찰 손실, 즉
부표 액 안에서의 무게에 상당하는 일정한 차압을 생성하기(정차압형) 때문에 유량에
따른 압력 강하의 변화가 작다는 특징이 있다. 부표의 위치는 보통 관면의 눈금에 따
르지만 전기적으로 측정하는 것도 있다. 부표는 오래된 형으로는 구형도 이용되는데,
현재는 그림과 같은 것 등 다양한 형태의 것이 사용되고 있다.
로터미터는 액체, 기체 모두 사용되며 정밀도는 좋으나 개개의 장치는 유량의 변화
범위가 비교적 좁다. 일반적으로 작은 유량에 대해 높은 정밀도를 나타내는데, 큰 유
량에 적용할 수 있도록 예를 들면 부표에 구멍이 뚫려 안내선을 가진 것도 있다. 유
출 계수가 레이놀즈수의 함수로서 구해지는데 보통 검정하여 사용된다.
◆ 소용돌이 유량계 (Vortex shedding flowmeter)
: 유체 내에 발생하는 카르만 소용돌이를 계수하여 유속을 측정하는 방식의 유량계,
흐름 속에 원주 등의 물체를 놓으면 하류쪽에 규칙적인 카르만 소용돌이가 발생하고,
물체는 흐름과 수직방향으로 교번력을 받는다. 소용돌이의 발생주파수 f와 유속 U의
사이에는 St를 상수(스트로 헐수), d를 물체의 대표 길이(원주의 경우는 지름)로 하면
f=StU/d의 관계가 성립된다. 스트로 헐수는 레이놀즈 수가 102.5 ~ 105의 범위에
있어서 거의 일정하며, f와 U의 사이에 비례 관계가 성립하기 때문에 f를 검출하면
유속을 구할 수 있다. 강하고 안정된 소용돌이를 방출시켜 넓은 유속 범위에서 f와 U
의 비례성을 유지하기 위해서 소용돌이 발생체의 형상은 원주나 대형 등 많은 종류
가 연구되고 있다. 소용돌이 주파수의 검출법으로서는 서미스터나 초음파 빔 등으로
유체의 진동변위를 검출하는 방식과 변형 게이지나 압전소자 등으로 압력변화를 검출
하는 방식이 있다. 그림은 압전소자를 사용한 유량계의 예이다. 공업용으로서는 신호
처리회로로 4 ~ 20㎃ DC의 통일신호로 변환하여 출력하는 것이 보통이다. 소용돌이
유량계는 범위능력이 크고, 가동부가 없이 견고하여 액체나 스팀의 측정에 널리 이용
된다.
◆ 날개차 수량계 (Turbine meter)
: 유체의 흐름에 의하여 날개차를 회전시켜 그 회전수에서 유량을 구하는 구조의 수
량계 유속이 적당한 범위 안에 있으면, 날개차의 회전 속도와 유량은 거의 비례한다
는 것을 이용한 것이다. 비틀린 날개차가 흐름의 방향으로 설치되어 유속에 따라 회
전하고 그 횟수를 기어 장치로 눈금판에 지시한다. 수도용(水道用) 계량기에 많이 사
용되고 있다.
◆ 초음파 유량계 (Ultra sonic flowmeter)
ㄱ. 시간차법 (Time Transit)
: 유체 내 초음파 전파속도에 따라 변하는 전파 시간차 를 측정함으로ㅆ 배관 내
측정 선상의 유속 V를 측정하고 따라서 유량으로 연산하는 원리이다.
현재 초음파 유량계에서 가장 광범위하게 사용되고 있는 원리로 전자회로 소자의 발
달, 특히 마이크로프로세서의 이용에 의한 각종 신호처리에 따라 측정의 정확도 및
안정성이 향상되었다. 또 측정주기가 빨라져 100A 이하의 소구경에도 적용할 수 있
으며 깨끗한 유체의 측정은 물론 오수, 배수나 각종 액체의 측정에도 적용할 수 있
다.
ㄴ. 도플러법
: 배관의 중심부분의 유속V를 유체 중 부유입자의 이동속도 V를 도플러 효과를 이용
하여 편이주파수 (도플러주파수)로 측정하여 유량을 연산하는 원리이다.
유체 내 부유입자에 의하여 반사되어 오는 초음파를 검출하는 원리이기 때문에 다량
의 부유입자나 미소한 기포를 포함하고 있는 유체의 측정에 적합하다. 따라서 주로
하수나 오수 등 슬러리액의 측정에 사용되고 있다.

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