[계측 및 신호처리] 유량 측정

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[계측 및 신호처리] 유량 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 유량계 (流量計, flowmeter)
3. 부자식(浮子, floater) 유량계
4. 오리피스 유량계
5. 피토 튜브 (Pitot tube)
6. 실험방법
7. 실험순서
8. 측정결과
9. 토의사항

본문내용

속계에 측정되는 신호가 안정되면 측정된 유속을 기록한다.
7) 피토튜브를 2mm 만큼 위로 이송시킨 후 고정시킨다. 이 때도 역시 피토튜브의 끝이 유동방향과 정확하게 정렬되도록 주의한다. 피오튜브의 위치가 벽면으로부터 멀어져서 유속의 변화가 적게 되는 구간에서는 피토튜브의 이송간격을 4mm로 증가시킨다.
8) 디지털 풍속계에 측정되는 신호가 안정되면 측정된 유속을 기록한다.
9) 5)와 6)을 피토튜브가 아크릴 튜브의 끝까지 이동할 때까지 반복한다.
10) 유량밸브를 조절하여 부자식 유량계의 유량을 50l/min 만큼 증가시킨다.
11) 3)에서 9)까지의 조작을 유량이 400 l/min 에 도달할 때까지 반복한다.
8. 측정결과
1) 유량 250 l/min (부자식 유량계 기준), 온도 18.7℃
피토튜브 위치 (mm)
82
80
78
76
74
72
70
68
66
64
62
관내 속도 분포 (m/s)
3.2
3.5
3.7
3.8
3.8
3.8
3.8
3.8
3.9
3.9
3.9
유량 (l/min)
270 (l/ms)
부자식 유량계 지시유량
0.00417 (㎥/s)
Reynolds 수
10019.34
오리피스 압력차 (Pa)
104 (Pa)
오리피스 유량계수
0.625
오리피스 유량계 지시유량
0.00397 (㎥/s)
2) 유량 300 l/min (부자식 유량계 기준), 온도 33.1℃
피토튜브 위치 (mm)
82
80
78
76
74
72
70
68
66
64
62
관내 속도 분포 (m/s)
3.7
4.0
4.1
4.1
4.1
4.2
4.2
4.2
4.2
4.3
4.3
유량 (l/min)
303.4 (l/ms)
부자식 유량계 지시유량
0.005 (㎥/s)
Reynolds 수
10174.075
오리피스 압력차 (Pa)
153 (Pa)
오리피스 유량계수
0.624
오리피스 유량계 지시유량
0.004929 (㎥/s)
3) 유량 400 l/min (부자식 유량계 기준), 온도 46.3℃
피토튜브 위치 (mm)
82
80
78
76
74
72
70
68
66
64
62
관내 속도 분포 (m/s)
4.6
5.0
5.2
5.3
5.3
5.4
5.4
5.4
5.4
5.4
5.4
유량 (l/min)
384 (l/ms)
부자식 유량계 지시유량
0.00667 (㎥/s)
Reynolds 수
12206.25
오리피스 압력차 (Pa)
276 (Pa)
오리피스 유량계수
0.623
오리피스 유량계 지시유량
0.006755 (㎥/s)
9. 토의사항
1) 각 유량 별로 피토튜브로 측정된 유속분포를 도시하시오.
2) 부자식 유량계 지시 유량, 오리피스 유량계 지시 유량, 그리고 피토튜브를 사용해서 측정한 유량을 상호 비교하고 그 차이를 분석하시오.
분 류
250 l/min
300 l/min
400 l/min
부자식 유량계
0.00417
0.005
0.00667
오리피스 유량계
0.00397
0.004929
0.006755
피토튜브 유량계
0.0045
0.005056707
0.0064
위의 표에서 대체적으로 유량의 크기는 피토튜브 유량계>부자식 유량계>오리피스 유량계 순으로 나타났다. 오리피스 유량계의 경우에는 소용돌이로 인한 에너지 손실이 생긴다. 따라서 국부지점 모양에 의해 정해지는 보정계수를 곱해야 한다. 측정하려는 유체가 기체이기 때문에 압축성이 있으므로 단열팽창을 가정하여 산출한 팽창보정계수를 곱해야 한다. 오리피스 유량계는 10배의 유량 변화에 대하여 압력차가 100배나 변하므로 넓은 유량범위를 정밀하게 측정하기가 어렵다. 오리피스 등과 같은 일반적인 차압유량계는 유량측정 정확도가 ±2.0%로 그다지 높지 않은 편이다. 그러나 평균 피토튜브는 ±1.0%RD로 유량측정 정확도가 전자유량계 및 질량유량계 등과 버금가는 수준으로 매우 높은 편이다. 부자식 유량계는 작은 유량을 측정할 수 있고, 측정범위가 넓으며, 구조가 간단하고 압력손실이 적어서 비교적 정확하다고 할 수 있다.
분 류
250 l/min
300 l/min
400 l/min
레이놀즈수(Re)
10019.34
10174.075
12206.25
유량계수(Cd)
0.625
0.624
0.623
3) 본 실험 결과의 분석을 통하여 다음 사항을 고찰하시오.
① 각 유량의 유동영역이 층류/난류 중 어디에 속하는지 설명하시오.
Reynolds 수가 2300보다 큰 수이므로 난류유동이다. 위의 유동은 난류유동이므로 완전 히 발달된 유동은 아니라고 볼 수 있다.
② 본 실험에 나타난 유량측정 오차의 원인에 대하여 설명하시오.
실험과정에서 피토튜브를 관의 바닥에서 2mm씩 올릴 때 아무래도 사람 손으로 올리 는것이고 자의 눈금을 보는데 있어서 각도에 따라 약간의 오차가 있을 수 있다. 정확하 게 2mm씩을 올리지는 못하였을 것이다.
피토튜브의 끝을 유동방향과 정확하게 평행하도록 고정시키고 실험을 진행해야 되지만 측정 기구의 특성상 유동방향과 피토튜브의 끝이 평행한지 아닌지 알아볼 수 없고 단지 사람의 눈으로 보았을때 평행이 된거 같으면 실험을 진행하였기 때문에 아무래도 정확 하게 평행이 되지는 않았을 것이다. 그런 부분에서 오차가 발생할 소지가 있다.
디지털 풍속계를 사용한 후 피토튜브 또는 압력 탭의 튜브를 고정할 때
송풍기에서 낮은 압력으로 인하여 후에 압력을 다시 높여 주었다.(300,400 l/min 측정 시)
송풍기의 전원을 켜고 각 실험장치에 충분한 유량을 공급하였다고 생각하고 온도측정 을 하였으나 시간의 경과에 따른 송풍기의 가열로 인한 온도차가 발생하여 공기의 밀도 차가 발생하였다.
디지털 풍속계로 측정할 때 자주 영점을 셋팅해야 하기 때문에 혹시나 실험 중간에 깜 빡 잊고 영점을 안 맞추고 실험 했을 수도 있다. 그리고 측정값이 계속 변화하기 때문 에 중간값을 찾아내기가 매우 어려웠다.
유량측정부의 부자가 계속 흔들리기 때문에 gage[l/min]의 눈금을 읽을 때 정확한 계 수를 측정할 수 없다. 그리고 실험이 진행되면서 송풍기의 압력이 점점 떨어지는거 같 다. 그러므로 실험이 진행되는 동안에 우리가 측정하고자하는 유량의 양보다 실제적으 로는 더 적은량의 유량이 나온다. 항상 부자와 눈금을 확인해야 한다.

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