유량 센서란?
유량 센서는 기체에서 액체까지 유체의 유량을 측정하는 계측기입니다.
유량계로 취급되기도 합니다. 유량은 단위 시간 동안 한 단면을 통과하는 유체의 부피 또는 무게를 나타냅니다.
유량 센서에는 유체 회로를 흐르는 유체의 이상 유무를 감시하는 목적의 아날로그식 유량 센서도 있고, 가스 공급량 등을 일정량으로 조정하기 위해 피드백 제어기구에 연결하는 디지털식 유량 센서 등 다양한 종류가 있습니다.
유량 센서의 사용 용도
유량 센서는 다음과 같은 분야에서 사용되고 있습니다.
1. 유압기기, 제약/화학/식품 분야
주로 제조 공정 내에서 원료 투입량 관리에 사용됩니다. 이 분야에서 사용되는 것은 용적식 유량 센서입니다.
2. 산업용 가스, 연료 가스 및 배기가스 측정
공장에서 사용되는 산업용 가스 및 연료 가스 사용량, 배기가스 관리에 사용됩니다. 열식 질량 유량계라고도 불리는 열식 질량 유량계가 주류를 이룹니다.
3. 음용수, 소스류, 가연성/폭발성 유체
식품 관련이나 위험성이 높은 유체에서는 유체에 닿지 않는 비접촉식 측정이 요구되며, 이를 위해 전자기식 유량 센서가 사용됩니다.
4. 산업 설비 및 수처리 시설
공장이나 수처리 시설에서 유량 관리를 위해 유량 센서가 사용됩니다. 특히 기존 경로에 유량 센서를 추가할 때 사용되는 것은 초음파식 센서입니다.
5. LNG 플랜트, 자동차 산업, 화학산업, 제약 산업
다양한 제조 현장에서 유량 센서가 사용되고 있습니다. 가장 많이 사용되는 것은 코리올리식 유량 센서입니다.
6. 화학 산업, 제약 산업
천연가스나 수증기를 취급하는 공장에서는 칼만 와류식 유량 센서가 널리 사용되고 있습니다.
유량 센서의 원리
유량 센서는 측정 대상 유체의 성질과 측정 목적에 따라 다양한 측정 형식이 채택되고 있습니다. 여기서는 공기, 물 등 일반적인 유체에 적용할 수 있는 차압식 유량 센서의 원리에 대해 설명합니다.
차압식 유량계에서 사용되는 원리는 베르누이의 정리입니다. 일정한 크기의 유체 유로에서 의도적으로 유로를 좁히면 유체에는 압력 손실이 발생하여 압력차가 생깁니다. 이 압력차를 베르누이의 법칙에 적용하여 유속을 계산합니다.
유로를 좁히는 구조에 어떤 메커니즘을 사용하느냐에 따라 오리피스형, 노즐형 등 다양한 종류가 있지만, 그 전후의 유체 압력차를 측정 원리로 삼는다는 점에서는 모두 동일합니다.
유량 센서 선택 방법
측정하는 유체의 종류에 따라 적합한 유량 센서가 달라집니다. 기체용인지 액체용인지 잘못 선택하면 잘못된 유량을 인식하는 것은 물론, 유해물질이나 가연성 물질의 유량 측정에 잘못된 유량 센서를 선택하면 큰 사고로 이어질 위험도 있습니다. 따라서 먼저 측정하고자 하는 물질의 성질을 면밀히 검토하는 것부터 시작하는 것이 중요합니다.
또한, 유량 센서는 일반적으로 넓은 범위를 한 번에 측정할 수 없습니다. 미리 예상되는 유량이 정해져 있다면 그 범위에 맞는 정밀도가 높은 유량 센서를 선정하는 것이 좋습니다.
유량 센서의 기타 정보
1. 클램프온식 유량 센서에 대하여
클램프온은 측정하고자 하는 유체가 흐르는 배관 외부에 계측기를 설치하는 것을 말합니다. 클램프온식 유량 센서에는 초음파식 유량계와 초음파식 유량 센서가 있습니다.
측정하고자 하는 대상이 초음파로 측정할 수 있는 유체 등이라면 측정 기기로 사용할 수 있습니다. 초음파식 유량계에는 전파 시간차식, 도플러 방식을 이용하여 주파수를 측정하는 방식 등이 있습니다. 초음파식 유량계의 장점은 배관을 제거하거나 절단하지 않고도 설치가 가능하기 때문에 설치비용을 절감할 수 있다는 점입니다.
또한, 시공 후 유지보수성이 크게 향상되고, 배관 내 압력 손실이 없다는 점도 장점으로 꼽을 수 있습니다. 반면, 배관 외부에 설치하기 때문에 직관부의 길이가 필요하고, 배관 구경 등이 관련되어 있다는 점, 측정하는 유체에 고형물이나 기포가 많으면 측정이 불가능하다는 점 등이 단점으로 꼽힙니다.
2. 공기 유량계에 대하여
에어 유량계에는 클램프온식 유량계와 나사 연결식 유량계 등이 있습니다. 나사 연결식 유량계는 직관부가 불필요하고, 계측기기가 소형화되어 공간을 절약할 수 있습니다.
기존의 공기 유량계는 측정하는 기체가 압축성 유체라면 열식 질량 유량계가 사용되어 왔습니다. 열식 질량유량계에는 몇 가지 측정 방법이 있는데, 모세관식에서는 튜브 내부에 저항값을 갖는 유량 요소를 설치하고 튜브 외부에 히터를 감아 히터 양측의 온도 센서가 유량 밸런스를 측정합니다.
그러나 열식 질량유량계는 오염에 약하고 저압 환경에 취약하여 오일 미스트가 많은 설비에는 적합하지 않습니다. 현재 열식 질량 유량계는 유량 센서 방식이 주류입니다.
이 형식은 반도체 유량 센서로 구성되어 측정 범위가 넓고 오염에 강하며 저압 환경에서도 사용할 수 있습니다.