전자유량계(magnetic flow meter)는 1830년대 전자유도의 법칙을 발견한 패러데이의 원리를 이용한 것으로 1830년대 패러데이 자신이 런던의 템즈강의 유속을 이 법칙을 이용하여 측정하고자 시도한 것이 그 시초이다. 구성은 검출기와 변환기로 나뉘어지며 전자유량계를 사용하기 위해서는 유체가 관내를 가득채워야 하고 도전성 유체이어야 한다. 1950년대에 이르러 처음으로 상품화가 이루어진 전자유량계는 현재 각 산업계에서 많이 이용하고 있는 대표적인 유량계이다.
전자 유량계 (Magnetic Flowmeter)
전자유량계는 1830년대 전자유도의 법칙을 발견한 패러데이의 원리를 이용한 것으로 1830년대 패러데이 자신이 런던의 템즈강의 유속을 이 법칙을 이용하여 측정하고자 시도한 것이 그 시초이다. 패러데이의 법칙은 도체가 자장 내에서 운동할 때 그 도체 내의 자장의 방향 및 운동 방향에 서로 직각 방향으로 기전력이 발생하며, 그 크기는 자속밀도와 도체의 운동 속도에 비례한다 라고 서술하고 있다.
코일에 전원이 가해지면, 관경을 따라 마그네틱 자장이 형성되고, 이때 자장이 형성된 배관을 전도도를 가진 유체가 통과하게 되면, 전극을 통하여 전압이 유도된다. 이러한 전압은 유체의 평균 유량속도값에 직접적으로 비례하는 값으로 나타나게 되며, 이를 2개의 전극을 통하여 측정한다.
이렇게 유도된 전압을 변환기 디지털 방식의 증폭과정과 가공과정을 거쳐 정밀한 아날로그 또는 디지탈 신호를 발생시키게 된다. 이러한 신호는 유량값, 적산값을 표시할 뿐만 아니라, 검출기와 변환기의 분리형인 경우에도 사용이 가능하다.
E = K × B × D
( E : 발생되는 신호 기전력 / K : 비례상수 / B : 자속 밀도 / D : 전극 사이의 거리 )
이후 많은 연구 및 개발이 이루어 졌으며 급기야 전자유량계는 1950년대에 이르러 처음으로 상품화가 이루어졌다. 전자 유량계의 종류는 전자코일의 여자방법에 따라 분류 할수 있다. 전자유량계도 유량을 직접측정하는 방식이 아니고 기전력을 측정하며, 이 측정된 정보로부터 유량을 산출하는 방식을 택하고 있다.
전자 유량계의 종류와 구성
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전자 유량계의 종류는 전자코일의 여자방법에 따라 분류 할수 있다. 여자방법에는 Ac여자, Dc펄스 여자, Ac 펄스 여자 등 여러 가지 방법이 있다. 전자유량계도 유량을 직접측정하는 방식이 아니고 기전력을 측정하며, 이 측정된 정보로부터 유량을 산출하는 방식을 택하고 있다. 또한, 전자 유량계는 검출기와 변환기로 나뉜다.
▲ 전자유량계의 구성
| 검출기 |
Electrode에 연결되어 발생된 기전력을 검출한다. 측정관, 전극, 여자코일 및 Core로 구성된다.
○ 원형 특정관 :
내부가 Lining재질로 절연되어 있고 양쪽에 전극 (Electrode)이 삽입되는 Hole이 있다.
○ 여자코일/Core :
관 외부 상/하단 (N-S극)에 위치하여 수직방향의 자계를 만드는 역할을 한다.
○ 원형 특정관 :
내부가 Lining재질로 절연되어 있고 양쪽에 전극 (Electrode)이 삽입되는 Hole이 있다.
○ 여자코일/Core :
관 외부 상/하단 (N-S극)에 위치하여 수직방향의 자계를 만드는 역할을 한다.
| 변환기 |
검출기에서 검출된 기전력을 원하는 신호로 전환하며, 여자를 위한 전원이 연결되어 있다.
전자 유량계의 사양과 장단점
전자유량계 (Magnetic Flowmeter)는 기본적으로 적절한 Lining Material의 선정으로 부식성이 높거나 고점도, Slurry성 유체에 적합하나 일정 수준 이상의 Conductivity가 유체에 포함되어 있어야 한다. 일반적인 Meter Design Temperature은 180℃ 이내에서 설계된다.
| 전자유량계 (Magnetic Flow Meter) 의 사양 |
① 측정유체: 전기전도도가 20 마이크로 지맨/㎠ 이상인 액체
② 측정범위 : 0.00001 ~ 1.,000 ㎥/h
③ Accuracy : ± 0.5% ~ 2%
④ Size : 2.5 mm ~ 2.4 m
⑤ 적용압력 : 최대 200kg/㎠
⑥ 적용온도 : 최대 180℃
⑦ 가격 : $3,200 ~ $110,000
② 측정범위 : 0.00001 ~ 1.,000 ㎥/h
③ Accuracy : ± 0.5% ~ 2%
④ Size : 2.5 mm ~ 2.4 m
⑤ 적용압력 : 최대 200kg/㎠
⑥ 적용온도 : 최대 180℃
⑦ 가격 : $3,200 ~ $110,000
| 전자유량계 (Magnetic Flow Meter) 의 장점 |
① 압력, 온도, 밀도, 점성의 영향을 받지 않는다.
② 층류, 난류의 영향을 받지 않으므로 직선배관이 필요하지 않다.
③ 검출지연이 없으며, 따라서 맥동 유동의 정확한 측정도 가능하다.
④ 유동관 내에 동출부 및 장애물이 없으므로 압력손실이 거의 없다.
⑤ 전후단의 직관부 길이가 차압유량계나 터빈유량계에 비하여 현저히 짧다.
⑥ 소유량(1/8") 및 대유량 (3.04M 이상)에 적합하다.
⑦ 유량 측정 정확도가 매우 높다.
⑧ 부식성, 침식성 유체에 적합하다.
② 층류, 난류의 영향을 받지 않으므로 직선배관이 필요하지 않다.
③ 검출지연이 없으며, 따라서 맥동 유동의 정확한 측정도 가능하다.
④ 유동관 내에 동출부 및 장애물이 없으므로 압력손실이 거의 없다.
⑤ 전후단의 직관부 길이가 차압유량계나 터빈유량계에 비하여 현저히 짧다.
⑥ 소유량(1/8") 및 대유량 (3.04M 이상)에 적합하다.
⑦ 유량 측정 정확도가 매우 높다.
⑧ 부식성, 침식성 유체에 적합하다.
| 전자유량계 (Magnetic Flow Meter) 의 단점 |
① 전기전도도가 있어야 하므로, 유체시스템에 전기잡음이 많으면 오차가 유발된다.
② 유속에 비례하는 전압을 발생시키기 때문에 관(Pipe)내에 만수가 되어야 한다.
③ Gas나 기포를 포함한 액체에서는 오차가 발생한다.
④ 관내에 물질이 쌓이는 유체에는 정기적으로 청소를 해야한다.
⑤ 라이너가 반드시 필요하고, 라이너가 파손되어 절연이 파괴되면 측정이 불가능하게 된다.
⑥ 라이너가 파손되면 수리가 불가능하므로 유량계 자체를 교환하여야 한다.
⑦ 즉, 유지보수가 어렵다.
② 유속에 비례하는 전압을 발생시키기 때문에 관(Pipe)내에 만수가 되어야 한다.
③ Gas나 기포를 포함한 액체에서는 오차가 발생한다.
④ 관내에 물질이 쌓이는 유체에는 정기적으로 청소를 해야한다.
⑤ 라이너가 반드시 필요하고, 라이너가 파손되어 절연이 파괴되면 측정이 불가능하게 된다.
⑥ 라이너가 파손되면 수리가 불가능하므로 유량계 자체를 교환하여야 한다.
⑦ 즉, 유지보수가 어렵다.
전자유량계 사용시 주의사항
① 유체의 전기전도도 (Liquid Conductivity)가 5 마이크로 지맨/cm (Microsimens Per Centimeter)
이하의 물질 (Clycol, Phenol, V cm, Gas 등) 은 사용할 수 없다.
② 진동, 충격, 신축 등이 계기에 가해지는 것을 막기 위해 Pipe Support를 해주는 것이 좋다.
③ 전기 접지를 항시 주의해야한다.
④ 주기적으로 Zero Calivration이 필요하므로 Downstream에 block valve를 설치하는 것이 좋다.
⑤ 항상 만수 (Full Flow) 가 될수있도록 관리하여야 하므로 배관부서에 설치 방법에 관한 정보를
반드시 주어야 하며, 확인해야 한다.
이하의 물질 (Clycol, Phenol, V cm, Gas 등) 은 사용할 수 없다.
② 진동, 충격, 신축 등이 계기에 가해지는 것을 막기 위해 Pipe Support를 해주는 것이 좋다.
③ 전기 접지를 항시 주의해야한다.
④ 주기적으로 Zero Calivration이 필요하므로 Downstream에 block valve를 설치하는 것이 좋다.
⑤ 항상 만수 (Full Flow) 가 될수있도록 관리하여야 하므로 배관부서에 설치 방법에 관한 정보를
반드시 주어야 하며, 확인해야 한다.
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