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기술동향 <기술동향: 유량계> 상관식 펄스 초음파법에 따른 고정밀도 유량계

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작성자 댓글 0건 조회 2,918회 작성일 21-11-04 12:44

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그림 1. 설치 개요 


서론

개수로(Open Channel)란 만수가 아닌 상태로 흐르는 수로, 자유 수면을 가진 상태에서 흐르는 수로이다.

개수로의 종류로는 하천, 농업용 수로, 발전소의 도수로나 방수로, 상하수도 유입 수로나 방류 수로, 공장 배수로 등이 있으며, 일반적으로는 수로 구배에 의해 자유 유하한다. 특징으로 다양한 형태의 수로와 흐름의 상태가 존재하며 소유량에서 대유량까지 유량도 광범위하다. 


개수로 유량계로는 위어식 유량계, 플룸식 유량계, 잠수전자식 유량계, 잠수식 유량계 등이 알려져 있는데, 이들은 모두 토목・기계 설비의 규모를 커지게 만든다. 기설 수로에 설치하는 경우에는 설치 공장을 위해 장시간의 배수 기간이 필요하며 또한 설비 자체가 수로의 용량을 저하시켜 버리는 침전・퇴적이 쉽게 생긴다는 문제도 있다.


그 외에 표면류 계측이라는 방식도 있는데, 이것은 유체 내에 계측기를 설치할 필요가 없지만 문자 그대로 표면의 유식 밖에 측정할 수 없으며 유체 내의 유속 분포에 의한 평균 유속의 차이는 알 수 없다.

초음파 유량계는 유체 내의 유속을 측정하고 이것에 유체 단면적을 곱함으로써 유량을 구하는 방식이며, 위의 문제를 큰 폭으로 피할 수가 있다.


당사는 상관식 펄스 초음파법에 따른 정밀 측정이 가능한 면속식 초음파 유량계(FM-10)를 보유하고 있다. 아래에 본 제품에 관하여 소개한다.


특징

• 유속・수위를 하나의 센서로 동시에 측정

• 센서 내부에는 전자 부품을 내장하지 않는 구조이기 때문에 내환경성이 우수하다.

• 외부 수위계와 조합하여 사용할 수도 있다.

• 상관식 펄스 초음파법으로 정밀하게 측정

• 수심 방향을 셀 분할하고 수심 별로 유속을 측정함으로써 정밀한 측정이 가능

• 다양한 용도를 지원. 개수로, 비만관, 만관 모두에 적용 가능

• 대용량 데이터 로거 기능 탑재. 계량법의 특정 계량기로서의 요건인 각종 설정의 봉인 기능 장착

• 웹브라우저로 설정 조작이 용이


측정 원리

면속식 초음파 유량계는 유속・수위 복합 센서를 수로 바닥에 설치한 다음 수로 내 유속 및 수위를 측정하여 수심 방향을 최대 32셀까지 분할하고 수심 별 유속을 통해 평균 유속을 구하여 유체 단면적과 보정 계수를 통해 유량을 구하는 방식이다.(그림 1)


유량 Q는 다음 식으로 구한다.


유량Q=V×A×k  ...(1)


평균 유속 V: 측정한 유속 분포 v에서 산출

유체 단면적 A: 측정한 수위 h와 수로 형상에서 산출

보정 계수 k: 유황에 따라 설정


유속은 시간차를 부여한 초음파 펄스 페어를 물속으로 송신하여 물 속의 현탁물로부터의 반사파를 수신하고 그 수신파의 도달 시간차와 유체 내 음속을 통해 구한다.(그림 2)


또한 수심 방향을 여러 개의 측정 셀로 구분하고 각 측정 셀에서 동일한 처리를 함으로써 측정 셀마다의 유속, 즉 유속 분포 v를 구하고 이들을 통해 수심 방향의 평균 유속 V를 계산한다.(그림 3)


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그림 2. 상관식 펄스 초음파법을 이용한 유속 측정 


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그림 3. 셀 별 유속 분포 측정 



..(후략)   


笹田 佳彦 /JFE어드밴테크

  본 기사는 2021년 11월호에 게재되었습니다. 

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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