초음파유량계 유량측정-열유체공학실험

소개글

초음파유량계 유량측정-열유체공학실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목적 및 개요
2. 이론
3. 실험
4. 실험데이터
5. 보고서

본문내용

상차법과 시간차 법 간에는
Δφ= 2πftΔt의 관계가 성립하므로 다음과 같이 표시할 수 있다.
위상차는 주파수에 비례하므로 주파수를 높게 하는 만큼 측정 감도는 향상 되지만 주파수를 올리면 측정가능 최대 유속값은 내려감으로 적절한 주파수를 선정해야 한다. 또 연속파를 이용할 경우 2개 측정 경계간에는 상호 간섭이 생길 우려가 있다. 아래 그림은 위상차 측정법 원리도이다.
④ 도플러법
도플러란 달리고 있는 기관차가 정지하고 있는 관측자에게 접근할 경우 기관차가 내는 기적의 진동 주파수는 기관차가 관측자를 지나 멀어져 갈 때에 비해 높게 되는 것과 같은 도플러 효과를 이용하여 유속이나 유량을 측정하는 원리이다. 측정 방법은 초음파를 배관내 흐르고 있는 있는 유체중에 조사하면 조사 된 초음파는 유체중의 부유물이나 기포로 부터 산란,반사된다.이때 기포나 미소한 부유물은 유체와 함께 같은 속도로 이동하고 있는 것으로 볼 수 있으므로 송신파 주파수를 ft 라 하면 기포나 미소 부유물로 부터 산란, 반사
되어 들어온 수신파 주파수 fr 은 다음과 같이 표시할 수 있다.
그런데 C2 》v2 cos2 θ 이므로
가 된다. 따라서 송수신 주파수차이인 편이주파수 Δf 및 v는 다음과 같다.
도플러법 초음파 유량계를 사용함에 있어 여러 부유물로 부터 반사파를 수신하게 되는데 이들 부유물 가운데는 관의 벽면에 매우 근접한 것들도 있어서 관내의 평균 유속과의 상관 관계가 매우 부정확할 우려도 있다.
도플러 유량계는 깨끗한 물에 대해서 사용할 수 없으며, 유체중에 어느정도 크기의 부유물이 있어야 한다. 현재는 부유물의 입자크기가 약 30 ㎛ 정도만 되면 사용할 수 있는 도플러 초음파 유량계가 상품화 되어 있다.
도플러 유량계는 전형적인 사용처가 슬러리나 기포가 포함되어 있는 LPG등의 유체로 초음파 전반 시간차법의 초음파 유량계로 측정이 불가능한 유체의 유량 측정에 적용할 수 있어서 서로 상호 보완적인 관계를 가지고 있다고 볼 수 있다.
2) 로터미터 유량과 초음파 유량계 유량을 비교하고 오차의 원인을 설명하라.
로터미터
밸브개도
초음파유량계
전자식유량계
오차
유량[L/min]
설정값[%]
유량[L/min]
유량[L/min]
[%]
70
34.9
23.11
23.14
0.13
46.5
46.32
45.52
1.76
56.0
60.73
61.13
0.65
오차를 보면 2%미만으로 나오는 것을 확인 할 수 있는데, 오차의 원인으로는 관안의
공기방울, 불순물 등으로 인해 물의 흐름이 일정하지 못해서 발생할 수 있고, 유량에 따라 전자식 유량계든 초음파유량계의 유량 값이 조금씩 변하기 때문에 값을 읽으면서도 약간의 오차가 발생한 것 같다.
3) 측정된 자료를 이용하여 유량과 속도와의 관계를 그래프로 나타내고 설명하라.
그래프에서도 볼 수 있듯이 비례관계 그래프를 얻었는데,
Q = A · v 유량과 속도는 비례함을 알 수 있다.
4) 측정된 유속과 다음 자료를 사용하여 유량을 계산하고 측정된 유량과 비교검토하라.
1) 파이프 내 층류 유동의 속도 분포와 유량
2) 파이프 내 난류 유동의 속도 분포와 유량
▣ 밸브개도 34.9% :
-
-
▣ 밸브개도 46.5% :
-
-
▣ 밸브개도 56.0% :
-
-
밸브개도
유량(측정값)
계산값
오차
34.9%
5.13%
46.5%
6.49%
56.0%
5.94%
측정값과 계산값의 오차가 발생하는데 이는 관 내부의 마찰로 인한 손실 때문에 측정값과 계산 값의 차이가 나는 것 같다.
5) 유량이 최대일 때 파이프 내의 속도 분포를 대략적으로 그려라.
6) 신호 강도(signal strength)의 의미를 설명하라.
시간차법 초음속 유량계에서 관으로 검출기를 통해 초음파를 유체가 있는 관에 통과시키면 보낸 초음파가 모두 또 다른 검출기에 도착해야 정상이된다. 하지만 유체안의 불순물 등에 의해 검출기가 모든 신호를 받을 수가 없는 경우가 생긴다. 즉 신호강도란 초음파를 보냈을 때 신호를 얼마나 받을수 있는지를 퍼센티지로 나타낸 정도를 말한다.
7) 검출기를 설치할 때 두 검출기 사이의 거리를 프로그램에서 제시하는 값으로 설정하여야 하는 이유를 서술하라.
우리가 실험한 검출기 사이의 값은 11.08mm로 설정되어 있는데 이 값은 관의 직경이나 초음파를 보내는 각도, 그리고 검출기 설치 방법에 따라 달라 지게 된다. 검출기 사이의 거리는 신호를 검출기에서 받을 수 있도록 세팅된 값인데 이 값을 바꾸어버리면 신호를 정확하게 받지 못해 유속과 유량 값을 얻을 수 없다. 민감한 장치인 만큼 정확하게 세팅하지 않으면 오차 역시 크게 작용하게 된다.
8) 검출기 설치 방법의 변화에 따른 측정값을 비교검토하라.
(1) V 법(V mount) : 표준 사용 방법으로 Z법에 비해 측정 오차를 감소할 수 있어 좋은 정밀도를
요구하는 경우 (일반적 사용)
(2) Z 법(Z mount) : 유동 중에 미세한 부유물, 공기 등으로 인해 V법사용이 불가능한 경우 (이물질, 버블이 있는 경우)
(3) W 법(W mount) : 관경이 2인치 이하로 작을 경우(50mm 이하)
4. 고찰
이번실험을 통하여 초음파 유량계는 관의 외부에서 흐르는 유체에 초음파를 방사하고 유속에 따라 변화한 투과파 또는 반사파를 관 외부에서 받아들여 유량을 구하는 것 이라는 것을 알수 있었다.
초음파 유량계는 관의 외벽에 검출기를 부착하는 방식으로 이미 설치된 배관로를 가공하지 않고 흐름의 멈춤없이 유량 측정이 가능한데, 실험을 한 결과 다른 유량측정에 비해 가장 정확한 것을알 수 있었다. 민감한 장비인 만큼 초기 유량의 제로 값을 맞추기가 어려웠지만 초기 값만 정확하게 맞추면 전자식 유량계와 오차가 거의 없는 유량 값을 얻을 수 있었다.
그러나 첫 실험을 통하여 초기 값을 정확하게 맞추기가 힘들다는것을 알수 있었다.
정확한 초기값을 맞추기 위해선 숙련숙달이 필요했다.
또한 검출기 부착부에는 상류 측과 하류측에 어느 정도의 직관이 필요한데 이것은 측정 상황에 따라 오차가 커질수가 있다.
시간차법 초음파 유량계의 원리를 알수 있었고 이를통해 관 내의 유량을 측정할수 있었다.

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열유체공학실험,   공학,   실험,   기계과,   기계,   역학