체적식 유량계의 교정

목차

1. 실험 목적
2. 이론
< 유량계 종류별 작동원리 및 특징 >
1) 차압식 유량계
2) 차압식 유량계의 측정원리
(3) 오리피스 유량계의 차압과 유량과의 관계
(4) 차압식 유량계 시스템 구성
(5) 오리피스 유량계 장단점
2) 가변 면적식 유량계
3) 스프링 작동 가변 면적식 유량계(스파이렉스사코 길후로 유량계)
4) 용적식 유량계(오발기어식)
5) 터빈식 유량계
6) 와류식(볼텍스) 유량계
7) 전자식 유량계

3. 실험방법
4. 실험결과
5. 고찰 및 결론

본문내용

스내에 삽입된 2개의 타원형 회전자(=오발기어)에는 톱니가 가공되어 있어 서로 맞물려 회전하는 톱니바퀴식으로 되어 있다. 회전자는 유체의 압력차에 의하여 화살표 방향으로 회전하고 케이스와 회전자 사이에 형성된 반달 모양의 공간에 가득 차있는 유체를 배출하게 된다. 회전자가 1회전하는 동안 배출되는 양은 반달 공간부피의 4 배이기 때문에 회전자 측의 회전수를 알면 통과된 부피를 알 수 있다.
이 회전자가 1회전하는 동안에 배출하는 양을 토출량 이라고 부른다. 이 방식은 유체의 물성(밀도, 점도)이나 유속분포의 영향이 적기 때문에 작은 유량의 측정에 유리하다.
5) 터빈식 유량계
터빈 유량계는 여러 개의 날개가 달린 회전축 또는 프로펠라가 베어링과 지지대에 의해 자유롭게 회전하도록 설계되어 있다. 유체가 유입되면 유체의 속도에 비례하여 회전축이 회전하며 각 날개의 끝이 측정점을 통과하면서 회전수가 측정되고 터빈 유량계로부터의 출력신호는 부피유량에 비례하는 주파수 신호이며, 터빈유량계에 의하여 발생한 각 펄스신호는 측정된 액체의 부피에 해당된다.
일반적으로 유량은 적산형 계기에 의하여 전체 적산 유량으로 환산된다. 적산이 올바르게 되기 위해서는 각 펄스의 값은 필수적으로 일정하여야 하며 따라서, 터빈 유량계는 선형이어야 한다. 터빈 유량계는 일반적으로 선형 범위내에서 사용된다. 또한 적산도 운전 범위의 일부인 선형 범위 내에서만 사용된다.
6) 와류식(볼텍스) 유량계
유체의 유동내에 직각으로 놓여진 물체(와류 발생체)의 하류에는 유속과 비례한 주파수의 와류가 발생한다. 이 와류 주파수 f 와 유속 V 사이에는 다음 관계식이 성립한다.
7) 전자식 유량계
전자식 유량계는 페러데이의 전자유도법칙, 즉 도체가 자계내에서 운동할 때 그 도체내 자계방향 및 운동방향의 양 방향에 직각방향으로 기전력이 발생하고 그 크기는 자속밀도와 속도에 비례한다는 법칙에 의해 유량을 측정한다.
보통 공업용 전자 유량계에서는 내면이 절연된 원형 측정관(내경 : D)에 1대의 전극을 설치하고 이 전극방향에 수직방향으로 자계(자속밀도 : B)를 주도록 구성되어 있다. 전극방향, 자장방향에 수직으로 설치된 관로에 유체가 평균유속 V (m/s)로 흐를 때 전극 사이에는 아래의 식과 같은 신호 기전력 E(Volt)가 발생한다.
3. 실험방법
① 물의 온도를 측정하여 밀도를 환산한다.
② 가변유량밸런싱 밸브(VWV1)의 열림도를 최대(열림도 40)로 설정해 놓은 다음 실험장치의 V2, V5과 V14만을 전개한다.
③ V14의 출구에 보조물통을 놓는다. 이어서 저울 및 측정용 물통을 준비한 후 측정용 물통의 무게를 측정한다.
④ 펌프 1만을 시동시켜 물 순환이 안정될 때까지 보조물통에 물을 받는다. 이때 실험실 수도에서 수조로 물이 계속 보충되게 한다.
⑤ 측정용 물통으로 물을 받기 시작한다. 이 순간 스톱워치를 작동시키며 이로부터 유량계 1의 눈금이 일정량 변동되었을 때의 시간을 측정한다.
(눈금 변동량은 5ℓ정도가 알맞다.)
⑥ 원하는 정도의 물을 받은 후 측정용 물통을 빼내고 보조물통으로 물이 들어가게 한다. V13을 열고 V14를 닫은 후 측정용 물통의 전체 무게를 저울로 측정하여 그 측정치를 Table 2-1에 기록한다.
⑦ V1, V2 혹은 VWV1을 약간씩 조절한 후 과정 ③으로 되돌아간다. 이것을 4번 되풀이한다.(측정 유량의 차이가 발생하도록 밸브를 조절한다.)
⑧ V3, V6와 V14만을 전개하고 나머지 밸브는 모두 잠근 상태에서 유량계2의 실험을 되풀이하여 Table 2-2에 기록한다.
⑨ V1 혹은 V3을 약간씩 조절하면서 과정 ⑧을 4번 되풀이한다.
⑩ 펌프1을 정지시키고 V4, V7, V11과 VWV2 만을 전개하여 펌프 2를 시동시켜 물순환이 안정될 때까지 V11 출구에서 보조물통에 물을 받는다. 이 때 실험실 수도에서 수조로 물이 계속 보충되게 한다.
⑪ 유량계3을 통한 유량계 측정실험을 되풀이하여 Table 2-3에 기록한다.
⑫ V4 혹은 V10을 조절하면서 과정 ⑪을 4번 되풀이한다.
⑬ 유량계 ④, 유량계 ⑤, 유량계 ⑥에 대해서도 상기 실험을 실행하여 Table 2-4～Table 2-6에 기록한다.
4. 실험결과
유량측정
시간[s]
유량계눈금
변동량[ℓ]
저울에서의
물량[kg]
Qr
[ℓpm]
Qa
[ℓpm]
18.53
5
4.8
16.19
15.54
4.17%
11.60
5
4.81
25.86
24.87
3.95%
10.37
5
4.785
28.93
27.69
4.49%
44.97
5
4.895
6.67
6.53
2.15%
[note] subscript r ; reading
subscript a ; actual
% find linear polyfit function P=P(1)X
x=[15.54236373
24.87931034
27.68563163
6.53102068 ];
y=[16.18996222
25.86206897
28.92960463
6.671114076 ];
z=[0:0.01:30];
P=polyfit(x,y,1);
Curve_f=P(1).*z;
a=P(1);
fprintf('coefficient of the polynomial "y=ax":');
a
plot(x,y,'ro',z,Curve_f,'b');
=> a=1.042
5. 고찰 및 결론
오차 ε의 크기를 비교하고 각 유량계들을 교정표 없이 사용하였을 때의 나타날 수 있는 오류를 예측하라. 아울러 이들 유량계들을 실제 사용할 때 주의할 점을 기술하라.
==>오차의 크기는 2.15 ~ 4.49 %로 생각했던 것보다 크게 나왔다. 실제 흘러간 유량을 계산할 때 질량을 재서 물의 밀도가 1이라고 생각하고 질량을 그대로 사용하였는데 물의 온도와 상태에 따른 밀도를 고려해서 계산을 하였다면 오차를 조금 줄일 수 있었을 것이다. 그리고 교정을 하고 그래프를 그렸는데 기울기가 1.042라는 값이 나왔다. 따라서 앞으로 이 유량기에서 구한 유량에 1.042를 곱한 수치를 실제유량이라 생각하고 쓸 것이다. 교정표 없이 사용한다면 실제유량 보다 적게 흘러간다고 생각이 될 것이고 그에 따라 여러 가지 오차들이 생길 것이다.

키워드

유량계,   체적식 ,   스프링 ,   용적식 ,   터빈식 ,   와류식,   볼텍스,   오리피스