질량 유량계는 유체의 질량이 단위 시간당 얼마나 흐르는지를 직접적으로 측정하는 유량계입니다

질량 유량계 (Mass Flowmeter)

질량 유량계는 유체의 질량이 단위 시간당 얼마나 흐르는지를 직접적으로 측정하는 유량계입니다. 부피 유량계와 달리 유체의 밀도 변화에 영향을 받지 않아, 온도나 압력 변화가 심한 공정에서 정확한 유량 측정이 가능합니다.

작동 원리

질량 유량계의 대표적인 작동 원리는 다음과 같습니다.

1. 코리올리 질량 유량계 (Coriolis Mass Flowmeter):
   • 유체가 흐르는 측정관을 외부에서 진동시킵니다.
   • 유체가 정지해 있을 때는 측정관 전체가 동일하게 진동합니다.
   • 유체가 흐르기 시작하면, 유체의 관성에 의해 측정관의 입구 쪽과 출구 쪽에 비틀림 (Coriolis 힘)이 발생합니다. 이 비틀림의 정도는 질량 유량에 비례합니다.
   • 센서는 이 비틀림으로 인한 위상차 (Phase Shift) 또는 진동 주파수 변화를 감지하여 질량 유량을 측정합니다.
   • 동시에 유체의 밀도와 온도도 측정할 수 있는 장점이 있습니다.
2. 열식 질량 유량계 (Thermal Mass Flowmeter):
   • 측정관에 열을 가하고, 유체가 흐르면서 열이 이동하는 정도를 측정합니다.
   • 유량이 많을수록 더 많은 열이 유체에 의해 이동하게 됩니다.
   • 두 개의 온도 센서를 설치하여 열을 가하는 지점 전후의 온도차를 측정하거나, 일정한 온도를 유지하는 데 필요한 에너지 양을 측정하여 질량 유량을 계산합니다.
   • 주로 기체 유량 측정에 많이 사용됩니다.

특징

• 장점:
  • 밀도 변화에 무관: 유체의 온도, 압력, 점도 변화에 따른 밀도 변화에 영향을 받지 않고 정확한 질량 유량을 측정합니다.
  • 직접적인 질량 측정: 공정 제어 및 물질 수지 계산에 직접적으로 활용 가능한 질량 값을 제공합니다.
  • 높은 정확도: 일반적으로 높은 측정 정확도를 제공합니다.
  • 다양한 유체 적용 (코리올리): 액체, 기체, 슬러리 등 다양한 유체에 적용 가능합니다.
  • 밀도 및 온도 동시 측정 (코리올리): 일부 모델은 유체의 밀도와 온도를 동시에 측정할 수 있습니다.
  • 넓은 유량 범위 (코리올리): 넓은 유량 범위에서 안정적인 측정이 가능합니다.
  • 낮은 압력 손실 (열식): 열식 질량 유량계는 압력 손실이 매우 적습니다.
• 단점:
  • 비용: 초기 설치 비용이 다른 일부 유량계에 비해 높을 수 있습니다 (특히 코리올리).
  • 진동에 민감 (코리올리): 외부 진동에 의해 측정 정확도가 영향을 받을 수 있습니다.
  • 막힘 우려 (코리올리): 슬러리나 고형 입자가 많은 유체의 경우 측정관이 막힐 수 있습니다.
  • 유체 조성 변화 영향 (열식): 기체의 조성 변화에 따라 열전달 특성이 변하여 측정 오차가 발생할 수 있습니다.
  • 낮은 유속에서 정확도 저하 (열식): 유속이 너무 낮으면 열 전달량이 작아져 측정 정확도가 떨어질 수 있습니다.

종류

질량 유량계는 작동 원리에 따라 크게 다음과 같이 분류됩니다.

• 코리올리 질량 유량계 (Coriolis Mass Flowmeter): 가장 일반적이고 정확도가 높은 질량 유량계입니다. 측정관의 형태에 따라 다양한 모델이 있습니다 (U자형, 곡관형, 직선형 등).
• 열식 질량 유량계 (Thermal Mass Flowmeter): 주로 기체 유량 측정에 사용되며, 센서 방식에 따라 다양한 종류가 있습니다 (바이패스형, 직접 삽입형 등).

적용 분야

질량 유량계는 정확한 물질 수지 관리 및 공정 제어가 중요한 다양한 산업 분야에서 활용됩니다.

• 석유 및 화학 산업: 원료, 제품, 공정 유체의 정확한 질량 유량 측정 및 제어
• 식품 및 음료 산업: 원료 배합, 충진 공정의 정확한 질량 제어
• 제약 산업: 원료 투입, 용액 혼합 등 정밀한 질량 관리
• 반도체 산업: 공정 가스 유량 제어
• 자동차 산업: 엔진 시험, 연료 소비량 측정
• 환경 산업: 배출 가스 모니터링
• 에너지 산업: 연료 가스, 스팀 유량 측정

질량 유량계를 선택할 때는 측정 대상 유체의 종류, 유량 범위, 온도 및 압력 조건, 요구되는 정확도, 점도, 포함된 고형 입자 유무, 그리고 비용 등을 종합적으로 고려해야 합니다. 특히, 공정의 특성과 요구되는 측정 정확도에 따라 적합한 작동 원리의 질량 유량계를 선택하는 것이 중요합니다.

 

 

엔드레스하우저 열 질량유량계