스마트계측기[blog]

유량계 검출기 구조

검출기

검출기를 구성하는 구성 요소는 측정관, 자계발생부, 전극, 라이닝, 케이스이며, 측정관은 측정액체가 통과하는 직관이며, 금속관인 경우는 대부분 벽면의  

도전도가 액체보다 크므로 액체에 의해서 관벽에 발생하는 기전력이 배관에 단락되어짐으로 이것을 방지하기 위해 그 내면은 전기적 절연체인 라이닝을 사용 

하여 전극부를 제외하고는 절연시킨다.
관재질은 STS 304 등으로 자속을 통하기 쉬운 비자성 고저항 스테인레스 강관을 사용한다. 

관경은 20 ∼2400 mm 정도까지 제작되고 있으며, 필요한 배관 크기는 전부 만들어지고 있다고 볼수 있다.  

자계 발생부는 여자코일과 철심으로 구성되어 있고 여자코일은 1종 폴리에스틸 동선을 일반적으로 사용하고 코아는 냉간압연 규소 강판 SPCC를 사용한다. 

여자코일에서의 도관내 자속 공급시 도관내 자속이 균일 분포를 이루고 대칭을 이룬다면 발생 기전력 산출은 간단해지나 실제유체의 흐름은 비대칭류 상태 

임으로 이에 따른 오차를 줄이기 위해 유속이 큰관을 중심축으로 자속밀도를 작게, 유속이 작은 관벽측으로는 자속밀도를 크게하는 불균일 자계가 되도록  

즉, 배관내의 전부분에서의 발생기전력이 동일하도록 코일을 감는 방법등을 연구하고 있으며, 또한 코일을 소형화하고 후렌지 면간거리를 짧도록 한다. 

전극은 피측정유체 유속 변화에 비례하는 기전력을 검출하기 위해 측정 관벽 중앙부에 상대적으로 관측과 유체 방향에 직각인 방향으로 대칭 설치되어  

배관벽과 절연되어 있는 비자성체인 도전체로서 전극 분류는 전극이 유체에 직접 접촉하는 전극이 있는 전극식과 접촉 할 수 있는 전극이 없는 무전극식이  

있다.  전극식은 또한 전극수에 따라 단전극식과 다전극식이 있고, 단전극식의 경우 배관내의 유체 조건은 충만해서 흐르는 것을 원칙으로 하고 있는것에 비해 

다전극식은 배관내의 유체 흐름이 반드시 충만하게 흐르지 않더라도 파이브 직경의 10％ 정도의 레벨 흐름의 유체유량까지도 중심부 대칭, 전극외의 하부  

위치의 다른 전극에 의해서도 측정 할 수 있도록 설계한 것이고, 그 이하에서는 측정이 불가능하다. 

무전극식의 전극은 라이닝막 외부 배관벽과의 사이 평면상으로 되어있고, 유체와 직접 접촉되지 않는 상태로 간접적으로 신호전극과 유체와의 사이 정전  

용량에 의해서 기전력을 유기 시키는 것이다. 이때의 정전 용량은 수피코패렛에서 수십 피코피렛 정도이다.
무전극식은 전극식에 비하여 원리적으로 부유 용량에 대한 신호감쇄 및 노이즈 발생이 용이하나 전극이 비접촉됨으로서 유체 부착성 등에 의한 전기 화학적  

전압변동이 없고, 또한 화학적 성질로 부터 부식, 마모등이 없으며 전극 인출부로 부터의 누설이 본질적으로 안정된 것이 특징이다.
전극의 재질은 일반적으로 SUS 316으로 만들어지고, 특히 부식성 유체에는 백금, 이리듐, 하스테로이 B,C,  티탄, 탄탈, 모넬등 용도에 따라 선택 사용한다. 

라이닝은 금속관 내벽 절연재로서 재질은 테프론,네오푸렌 천연 고무,포리우레탄 고무,글라스등으로서 유체의 종류 및 사용온도 등에 따라 선택된다.  

(2) 검출기

변환기의 기본적 기능은 검출기에 여자전원을 공급, 전극간에 발생된 유량 신호 전압을 증폭하고, 4∼20mA 출력신호 및 유량적산용 펄스신호를 발생시킨다.
전극 전압중 동상 잡음전압 및 위상 잡음전압을 제거할 뿐 만 아니라 전원 전압 및 주파수 변동의 영향등의 역할을 한다. 

측정 원리   

자속 밀도 B를 발생시키는 방법은 다음 3가지의 것이 주로 사용되고 있다.

① 영구자석 혹은 직류에 의한 자장 발생
② 교류 전압에 의한 자장 발생
③ 주기적인 직류전압에 의한 자장 발생
 

직류 전자 유량계는 수은이나 금속 용액 같은 전도도가 큰 유체의 맥동 흐름이 있는 유체측정에 적합하다.  

전도도가 작은 유체에서는 분극 현상이 일어나므로 직류에 의하여 발생된 자장은 사용할 수 없다. 자장의 방향성을 바꾸어 줄수 있는 교류전압이나 자장을  

주기적으로 발생시킬 수 있는 직류 전압인 경우에는 분극 현상은 일어나지 않는다.  

교류전압을 사용하는 경우에는 교류전압에 의해 90°위상차가 있으며, 자장과 전류, 출력 전압은 같은 위상에 있다.  

코일에 공급하는 전류. 전압에 따라 출력이 변화하므로 기준 신호가 필요한 단점을 전자 유량계는 가지고 있다.