유량계 기술 및 응용에 대한 종합 분석

I. 유량계 개요

1.1. 유량계의 정의 및 기본 목적

유량계(Flowmeter)는 액체나 기체와 같이 관로나 개수로 등 특정 경로를 통해 이동하는 유체(Fluid)의 흐름 속도 또는 양을 측정하는 계측 기기를 통칭한다. 구체적으로는 단위 시간당 흐르는 유체의 양, 즉 '순간 유량(Flow Rate)'을 측정하거나, 일정 시간 동안 흘러간 유체의 총량인 '적산 유량(Totalized Flow)'을 측정하는 데 사용된다.  

 

유량계의 근본적인 목적은 산업 공정 또는 시스템 내에서 두 지점 사이를 이동하는 가스나 액체의 흐름을 정량적으로 파악하는 것이다. 이는 단순히 유체의 이동량을 아는 것을 넘어, 공정의 상태를 감시하고 제어하며, 운영 효율성을 분석하고, 원자재 및 에너지 사용량을 관리하며, 최종적으로는 비용 절감과 안전 확보에 기여하는 기초 데이터를 제공하는 핵심적인 역할을 수행한다.  

 

때로는 유량을 측정하는 것뿐만 아니라, 측정된 값을 바탕으로 유량을 원하는 수준으로 조절하는 것이 필요할 수 있다. 이러한 경우, 유량계와 제어 밸브(Control Valve)를 결합하여 '유량 제어기(Mass Flow Controller, MFC)'를 구성함으로써, 유량을 측정함과 동시에 능동적으로 제어할 수 있다. 유량을 정밀하게 제어하는 능력은 다양한 산업 분야에서 생산성을 향상시키고 불필요한 비용을 절감하는 데 큰 도움이 된다.  

 

유량계의 중요성은 다양한 산업 현장에서 명확하게 드러난다. 예를 들어, 폐수 처리 공장에서는 처리 시설로 유입되는 폐수의 양과 처리 후 방류되는 물의 양을 정확하게 측정하고 관리해야 한다. 만약 유입량이 처리 용량을 초과하거나, 처리 단계가 다른 탱크로 잘못 유입되어 다른 물질과 섞인다면, 원활한 폐수 처리가 불가능해지고 환경 오염이나 설비 고장과 같은 심각한 문제를 야기할 수 있다. 이처럼 유량계는 단순한 계측 장비를 넘어, 산업 공정의 안정적인 운영과 환경 안전을 보장하는 데 필수적인 요소이다.  

 

1.2. 유량 측정의 중요성 및 기본 원리

정확하고 신뢰성 있는 유량 측정은 현대 산업의 다양한 측면에서 필수 불가결한 요소이다. 주요 중요성은 다음과 같다.

• 공정 효율성 및 최적화: 원료 투입량, 반응 속도, 제품 생산량 등을 정확히 파악하여 공정을 최적화하고 생산 효율성을 극대화한다.  
• 품질 관리: 제품 생산에 사용되는 재료의 혼합 비율을 일정하게 유지하고, 최종 제품의 품질 일관성을 확보한다.  
• 비용 관리: 원자재, 연료, 용수 등 사용량을 정확히 측정하여 불필요한 낭비를 줄이고 운영 비용을 절감한다. 
• 안전 관리: 위험 물질의 누출 감지, 과압 방지, 설비의 안전 운전 범위 유지 등에 필요한 정보를 제공한다.  
• 환경 규제 준수: 폐수 방류량, 대기 배출 가스량 등을 측정하여 환경 규제 기준을 준수하고 환경 영향을 관리한다. 
• 상거래의 공정성: 석유, 가스, 화학제품 등 상업적 거래 시 정확한 양을 측정하여 공정한 거래를 보장한다 (Custody Transfer).

이처럼 정확한 유량 데이터는 공정 운영의 거의 모든 단계에서 중요한 의사결정의 기반이 되므로, 신뢰할 수 있는 유량계의 선택과 올바른 사용 및 관리는 기업의 경쟁력과 지속가능성에 직접적인 영향을 미친다.

유량 측정의 기본 원리는 크게 두 가지 접근 방식으로 나뉜다. 하나는 유체가 차지하는 공간의 크기, 즉 **부피(Volume)**를 기준으로 측정하는 것이고, 다른 하나는 유체를 구성하는 물질의 고유한 양, 즉 **질량(Mass)**을 기준으로 측정하는 것이다. 어떤 측정 방식을 선택할지는 측정 대상 유체의 특성(특히 압력이나 온도에 따른 부피 변화 정도, 즉 압축성), 공정에서 관리하고자 하는 주요 변수(부피 또는 질량), 그리고 요구되는 측정 정확도 수준에 따라 결정된다.  

 

1.3. 체적 유량계 vs. 질량 유량계

유량계는 측정하는 물리량에 따라 크게 체적 유량계와 질량 유량계로 구분된다.

• 체적 유량계 (Volumetric Flowmeter): 단위 시간당 파이프나 관로를 통과하는 유체의 부피를 측정한다. 측정 단위는 일반적으로 m³/h, L/min, GPM(Gallons Per Minute) 등 부피 단위를 사용한다.  
• 질량 유량계 (Mass Flowmeter): 단위 시간당 통과하는 유체의 질량을 측정한다. 측정 단위는 kg/h, g/s, lb/min 등 질량 단위를 사용한다.  

이 두 가지 측정 방식의 가장 큰 차이는 측정 기준의 불변성에 있다. 유체의 부피는 온도와 압력 조건에 따라 쉽게 변한다. 특히 기체와 같이 압축성이 큰 유체는 온도나 압력이 변하면 부피가 크게 달라지므로, 체적 유량으로 측정할 경우 측정 당시의 온도와 압력 조건을 명시하거나, 표준 상태(예: 0℃, 1기압)의 부피로 환산해야만 다른 조건에서의 측정값과 의미 있는 비교가 가능하다. 반면, 유체의 질량은 온도나 압력이 변해도 변하지 않는 고유한 물리량이다. 따라서 질량 유량 측정은 외부 조건 변화에 영향을 받지 않아, 질량 자체가 중요한 화학 반응의 정량 제어, 여러 성분의 정밀 혼합 공정, 또는 상거래 등에서 매우 유용하며 더 높은 신뢰성을 제공할 수 있다. 이는 단순한 단위 선택의 문제를 넘어, 공정 관리의 기준을 부피 기준으로 할 것인지, 아니면 물질의 절대량인 질량 기준으로 할 것인지를 결정하는 중요한 요소가 된다. 특히 온도나 압력 변화가 심한 공정이나 압축성 유체를 다루는 경우, 질량 유량 기반의 측정이 훨씬 안정적이고 정확한 공정 제어를 가능하게 한다.  

 

질량 유량은 '밀도 × 체적 유량'의 관계를 가지므로 , 체적 유량을 측정한 후 실시간으로 측정된 유체의 밀도(또는 온도와 압력 값을 이용해 계산된 밀도)를 곱하여 질량 유량을 간접적으로 계산하는 방식도 사용된다. 예를 들어, 차압식이나 와류식 유량계에 온도 및 압력 센서를 추가하여 보정된 질량 유량을 제공하는 경우가 이에 해당한다. 반면, 코리올리 유량계나 열식 질량 유량계와 같은 특정 기술은 유체의 질량과 관련된 물리적 현상(관성력 또는 열 전달 특성)을 직접 이용하여 질량 유량을 측정한다. 용적식 유량계는 일정 부피를 반복적으로 계량하는 원리상 체적 측정에 더 가깝다. 이처럼 유량계 기술 자체가 특정 측정 단위(체적 또는 질량)와 더 강하게 연관되어 있는 경우가 많으며, 따라서 측정하고자 하는 유량 단위의 중요성과 유체의 특성이 유량계 기술 선택에 중요한 고려 사항이 된다.  

 

II. 주요 유량계 종류별 상세 분석

다양한 산업 현장의 요구에 부응하기 위해 여러 가지 측정 원리에 기반한 유량계들이 개발되어 사용되고 있다. 각 유량계는 고유한 작동 방식과 특징, 장단점을 가지므로, 특정 응용 분야에 가장 적합한 유량계를 선택하기 위해서는 각 유형에 대한 깊이 있는 이해가 필수적이다. 본 장에서는 산업 현장에서 널리 사용되는 주요 유량계들의 작동 원리, 구조, 특징, 장단점 및 측정 방식에 대해 상세히 분석한다.

2.1. 차압식 유량계 (Differential Pressure - DP Flowmeter)

차압식 유량계는 유량 측정 분야에서 가장 오래되고 널리 사용되어 온 기술 중 하나이다.

• 작동 원리: 유체가 흐르는 관로 내부에 의도적으로 단면적을 좁히는 조임 기구(Restriction Device 또는 Primary Element)를 설치한다. 유체가 이 좁은 부분을 통과할 때 베르누이(Bernoulli)의 정리에 따라 유속은 증가하고 정압(Static Pressure)은 감소하게 된다. 조임 기구의 바로 전(Upstream) 지점과 조임 기구 직후 또는 가장 좁아진 지점(Downstream 또는 Vena Contracta) 사이에는 압력 차이, 즉 차압(Differential Pressure, ΔP)이 발생한다. 이론적으로 이 차압의 제곱근은 유체의 유속 및 체적 유량에 비례하는 관계(Q ∝ √ΔP)를 가진다. 차압식 유량계는 이 원리를 이용하여 발생된 차압을 측정하고 이를 유량으로 환산한다.  
   
• 주요 조임 기구:
  • 오리피스 플레이트 (Orifice Plate): 가장 일반적으로 사용되는 조임 기구로, 얇은 금속판 중앙에 정밀하게 가공된 구멍(Orifice Bore)이 있는 형태이다. 구조가 매우 간단하고 제작 비용이 저렴하며 설치가 비교적 용이하다는 장점이 있다. 구멍의 위치나 형태에 따라 동심원(Concentric), 편심(Eccentric), 분할형(Segmental) 등으로 나뉘며, 유체의 특성(예: 고형물 포함 여부)에 따라 적합한 형태를 선택할 수 있다.  
     
  • 벤츄리관 (Venturi Tube): 유로가 점진적으로 좁아지는 수축부(Converging Section), 가장 좁은 목 부분(Throat), 그리고 다시 점진적으로 넓어지는 확산부(Diffusing Section)로 구성된 관 형태의 조임 기구이다. 유체가 부드럽게 흐르도록 설계되어 오리피스나 노즐에 비해 영구적인 압력 손실(Permanent Pressure Loss)이 훨씬 적다는 것이 가장 큰 장점이다. 또한 마모에 강하고 유체 내 고형물이나 침전물의 영향을 덜 받아 슬러리 측정 등에도 비교적 적합하다. 하지만 구조가 복잡하고 길이가 길며 제작 비용이 높다는 단점이 있다.  
     
  • 플로우 노즐 (Flow Nozzle): 오리피스와 벤츄리의 중간적인 특성을 가진다. 입구는 둥글게 처리되고 출구는 짧은 원통형 목 부분으로 구성된다. 오리피스보다 유량 계수(Discharge Coefficient)가 크고, 동일 차압에서 더 많은 유량을 흘릴 수 있으며, 마모에 더 강하다. 특히 고온, 고압의 고속 유체, 예를 들어 증기(Steam)나 보일러 급수 측정에 자주 사용된다. 압력 손실은 오리피스보다 작고 벤츄리보다는 크다.  
     
  • V-Cone: 관 중심에 유체 흐름 방향과 마주보게 원뿔(Cone) 형태의 장애물을 설치하고, 콘의 전단 압력과 콘 후단의 저압 영역 압력 차이를 측정하는 방식이다. 콘이 유동을 안정화시키는 역할을 하여 비교적 짧은 직관부에서도 안정적인 측정이 가능하며, 압력 손실도 오리피스보다 적다 (오리피스의 약 1/2 수준). 넓은 유량 범위(High Turndown Ratio)에서 정확도를 유지하는 데 유리하지만, 대형 구경 제작에는 어려움이 있을 수 있다.  
     
• 특징 및 장단점:
  • 장점: 구조가 간단하며(특히 오리피스), 가동부(Moving Part)가 없어 견고하고 내구성이 크다. 오랜 사용 역사로 인해 관련 기술 데이터와 표준(예: ISO 5167)이 풍부하게 축적되어 있어 신뢰성이 높고, 규격에 따라 제작 및 설치하면 별도의 교정 없이도 일정 수준(예: ±2~5%)의 정확도를 기대할 수 있다. 다른 유량계에 비해 초기 비용이 비교적 저렴하며, 특히 대구경 배관에서 경제적일 수 있다. 고온, 고압 조건에서도 사용 가능하며, 액체, 기체, 증기 등 거의 모든 종류의 유체 측정에 적용할 수 있다.  
     
  • 단점: 유체가 조임 기구를 통과하면서 에너지 손실이 발생하여 영구적인 압력 손실이 생긴다. 특히 오리피스와 노즐은 압력 손실이 큰 편이다. 유량과 차압의 관계가 제곱근(Square Root)으로 비선형적이어서, 측정 가능한 유량 범위, 즉 턴다운 비(Turndown Ratio)가 일반적으로 3:1 또는 4:1 정도로 좁다. 정확도는 다른 최신 유량계(예: 전자기식, 코리올리식)에 비해 상대적으로 낮을 수 있으며 (일반적으로 ±1~5%), 개별 교정을 하지 않으면 ±2% 이상의 정확도를 기대하기 어려울 수 있다. 유량계 전후단에 유동을 안정시키기 위한 충분한 길이의 직관부(Straight Pipe Run)가 필요하다 (예: 오리피스 전단 10~40D, 후단 5D 이상). 조임 기구의 마모(Erosion), 부식(Corrosion), 또는 이물질 퇴적(Deposition)은 유량 계수에 변화를 일으켜 측정 오차를 유발할 수 있으며, 특히 오리피스의 날카로운 모서리(Edge)는 마모에 취약하다. 차압을 측정하는 도압관(Impulse Line)이 막히거나 얼거나, 내부에 응축수가 차는 등의 문제도 발생할 수 있다.  
     
• 측정 방식: 조임 기구 전후에 설치된 압력 탭(Pressure Tap)을 통해 압력을 추출하여 차압 전송기(Differential Pressure Transmitter)로 전달한다. 차압 전송기는 측정된 차압 값을 4-20mA 전류 신호나 디지털 신호 등 표준화된 출력 신호로 변환하여 제어 시스템이나 지시계로 보낸다. 유량 계산 시에는 차압 값 외에도 유체의 밀도, 점도, 배관 및 조임 기구의 기하학적 치수, 유량 계수(Discharge Coefficient) 등이 고려된다. 압력 탭의 위치(예: 코너 탭, 플랜지 탭, D 및 D/2 탭)는 측정 특성에 영향을 미치므로 표준 규격에 따라 정확하게 설치해야 한다. 기체나 증기를 측정할 경우에는 온도와 압력 변화에 따른 밀도 변화를 보상해주어야 정확한 유량 측정이 가능하다.  
   

2.2. 면적식 유량계 (Variable Area Flowmeter / Rotameter)

면적식 유량계는 구조가 간단하고 직관적으로 유량을 확인할 수 있어 널리 사용되는 유량계 중 하나이다.

• 작동 원리: 일반적으로 수직으로 설치된, 위로 갈수록 내부 단면적이 점차 넓어지는 테이퍼관(Tapered Tube)과 그 안에 자유롭게 움직일 수 있는 부자(Float)로 구성된다. 유체가 관의 아래쪽에서 유입되어 위쪽으로 흘러나가면서 부자를 밀어 올린다. 이때 부자에 작용하는 힘은 유체 흐름에 의한 상향력(동압 및 정압 차이에 의한 힘)과 유체에 잠긴 부피에 해당하는 부력(Buoyancy)의 합이다. 이 상향력과 부자의 무게(중력)가 평형을 이루는 지점에서 부자는 정지하게 된다. 유량이 증가하면 유속이 빨라져 부자를 더 높이 밀어 올리고, 부자가 올라가면 부자와 테이퍼관 사이의 유체가 통과하는 환상 단면적(Annular Area)이 넓어져 유속이 다시 감소한다. 결국, 특정 유량에서는 부자가 특정 높이에서 안정적으로 떠 있게 되며, 이 부자의 높이가 유량에 비례(선형적인 관계)한다. 테이퍼관 외벽에 새겨진 눈금을 통해 부자의 위치를 읽어 순간 유량을 직접 확인할 수 있다.  
   
• 종류:
  • 유리관식 (Glass Tube Rotameter): 테이퍼관이 투명한 유리로 되어 있어 내부의 부자를 직접 눈으로 볼 수 있다. 구조가 가장 간단하고 저렴하지만, 고온, 고압이나 충격에 약하고 불투명하거나 위험한 유체에는 사용하기 어렵다.  
     
  • 금속관식 (Metal Tube Rotameter): 테이퍼관이 금속으로 제작되어 고온, 고압 조건이나 불투명한 유체에도 사용할 수 있다. 부자의 위치는 관 외부에 자기적으로 연결된 지시계(Indicator)를 통해 확인한다. 유리관식에 비해 기계적 강도가 우수하다.  
     
  • 전송형 (Transmitting Rotameter): 금속관식과 유사하게 부자의 위치를 자기 결합(Magnetic Coupling) 등을 이용하여 외부로 인출하고, 이를 전기적 신호(예: 4-20mA)나 공압 신호로 변환하여 원격 모니터링이나 제어가 가능하도록 한 형태이다.  
     
  • 퍼지 미터 (Purge Meter): 주로 소량의 기체나 액체를 제어반 등에 공급(Purging)하거나 샘플링 라인의 유량을 조절하는 데 사용되는 소형 면적식 유량계이다.
• 특징 및 장단점:
  • 장점: 구조가 매우 간단하고 가격이 저렴하다. 별도의 전원 공급 없이 현장에서 유량을 직접 눈으로 확인할 수 있다(직독식). 눈금이 유량에 대해 비교적 선형적이어서 읽기 쉽다. 설치가 간편하며, 일반적으로 유량계 전후단에 긴 직관부가 필요하지 않다. 기체 및 액체 유량 측정에 모두 사용 가능하며, 특히 소유량, 고점성 유체(적절한 부자 설계 시), 부식성 유체(내식성 재질 사용 시) 측정에 적합하다. 턴다운 비가 10:1 정도로 비교적 넓다. 재현성이 뛰어나다.  
     
  • 단점: 측정 정확도가 다른 유량계에 비해 상대적으로 낮다 (일반적으로 ±2~10% FS). 일반적으로 수직으로 설치해야 하며, 기울어지면 오차가 발생한다 (일부 스프링 장착형 제외). 유체의 밀도나 점도가 변하면 부자의 평형 위치가 달라져 측정 오차가 발생할 수 있다 (교정 시 사용한 유체와 다를 경우 보정 필요). 유리관식의 경우 파손 위험이 있고, 고온/고압 적용에 한계가 있다. 고점성 유체나 이물질이 포함된 유체, 슬러리 등에는 부적합하거나 오차를 유발할 수 있다. 다이어프램 펌프 등에서 발생하는 맥동 흐름(Pulsating Flow)에는 부적합하다. 유체 흐름에 의한 압력 손실이 발생한다. 측정 가능한 최대 유속이 상대적으로 낮다.  
     
• 측정 방식: 유리관식은 테이퍼관에 새겨진 눈금을 통해 부자의 특정 지점(보통 최대 직경 부분 또는 상단 가장자리)의 높이를 직접 읽는다. 금속관식이나 전송형은 부자의 움직임을 자기 센서, 광학 센서, 리드 스위치 등을 이용하여 감지하고, 이를 외부 지시계나 전기 신호로 변환하여 표시하거나 전송한다. 부자의 형상은 유체의 점성 영향을 최소화하고 안정적인 움직임을 유도하기 위해 다양하게 설계된다 (예: 가이드 홈이 파인 부자).  
   

2.3. 터빈 유량계 (Turbine Flowmeter)

터빈 유량계는 유체의 운동 에너지를 이용하여 회전체의 속도를 측정하는 방식이다.

• 작동 원리: 유체가 흐르는 원통형 관로 내부에 유체 흐름 방향과 평행한 축을 가진 터빈 로터(Turbine Rotor) 또는 임펠러(Impeller)가 설치되어 있다. 유체가 관로를 통과하면서 로터의 날개(Blade)에 힘을 가하여 로터를 회전시킨다. 정상 상태에서 로터의 회전 각속도(Angular Velocity) 또는 회전 주파수(Frequency)는 관로 내 유체의 평균 속도에 비례하는 관계를 가진다. 로터의 회전은 유량계 외부에 설치된 픽업 센서(Pick-up Sensor, 주로 자기식 또는 광학식)에 의해 감지되어 전기적인 펄스 신호로 변환된다. 이 펄스 신호의 주파수를 측정하여 유속을 계산하고, 여기에 관로의 단면적을 곱하여 체적 유량을 산출한다.  
   
• 특징 및 장단점:
  • 장점: 높은 측정 정확도를 제공한다 (일반적으로 ±0.2% ~ ±1.0% Reading). 재현성(Repeatability)이 매우 우수하여 (예: ±0.1% 이내) 기준 유량계(Reference Meter)나 교정용으로도 많이 사용된다. 유량 변화에 대한 응답 속도가 빠르다. 넓은 온도 및 압력 범위에서 사용이 가능하다. 출력 신호가 유량에 비례하는 디지털 펄스 형태이므로 신호 처리가 용이하고 원거리 전송에 유리하다. 비교적 구조가 간단하고 소형, 경량으로 제작 가능하며, 압력 손실이 상대적으로 적다. 큰 관경에도 적용 가능하다.  
     
  • 단점: 내부에 회전하는 기계적 가동부(로터, 베어링)가 있어 마모나 손상이 발생할 수 있으며, 이로 인해 수명이 제한될 수 있다. 유체 내에 고형 입자나 슬러리가 포함된 경우 로터 날개나 베어링에 걸림(Jamming)이나 마모, 파손을 일으킬 수 있으므로, 반드시 깨끗한 유체에 사용해야 하며 상류 측에 여과기(Strainer) 설치가 권장된다. 점성이 높은 유체에서는 로터 회전에 대한 저항이 커져 측정 오차가 증가하므로, 주로 점도가 낮은 액체(Low Viscosity Liquids) 측정에 적합하다. 맥동 유동(Pulsating Flow)이나 접착성이 있는 유체에는 사용이 부적합하다. 로터의 관성 때문에 매우 낮은 유량에서는 측정이 부정확할 수 있다. 정확한 측정을 위해서는 유량계 전후단에 충분한 길이의 직관부(Straight Pipe Run)를 확보하여 안정된 유동 프로파일을 유지해야 한다 (예: 전단 10D~20D, 후단 5D).  
     
• 측정 방식: 로터의 회전은 주로 로터 날개 끝에 자석을 부착하고 외부의 자기 픽업 코일(Magnetic Pickup Coil)을 이용하여 날개가 통과할 때마다 발생하는 자기장 변화를 감지하여 펄스 신호를 생성하는 방식으로 측정된다. 또는 광학 센서를 이용하여 로터의 회전을 감지하기도 한다. 발생된 펄스 신호의 주파수는 유량과 선형적인 관계를 가지며 , 이 주파수를 카운트하여 순간 유량 및 적산 유량을 계산한다. 현장 지시 및 적산 기능을 갖춘 모델이나, 펄스 또는 4-20mA 아날로그 신호를 외부로 출력하는 모델이 있다. 위생(Sanitary) 등급이 요구되는 식품, 음료, 제약 분야용으로 특별히 설계된 모델도 있다.  
   

2.4. 와류 유량계 (Vortex Flowmeter)

와류 유량계는 유체 역학적 현상인 칼만 와류(Kármán Vortex Street) 원리를 이용하는 유량계이다.

• 작동 원리: 유체가 흐르는 관로 내부에 유동 방향에 수직으로 기둥 모양의 장애물(와류 발생체, Bluff Body 또는 Shedder Bar)을 설치한다. 유체가 이 장애물을 지나갈 때, 장애물의 후류(Wake)에는 좌우 교대로 규칙적인 소용돌이, 즉 와류(Vortex)가 발생하여 열을 지어 흘러가는 현상이 나타난다. 이를 칼만 와류 효과(von Kármán Effect)라고 한다. 이 와류가 발생하는 주파수(Vortex Shedding Frequency)는 일정 레이놀즈 수 범위 내에서 유체의 평균 유속에 정비례하는 특성을 가진다. 와류 유량계는 이 와류 발생 주파수를 센서로 감지하여 측정하고, 이를 통해 유속 및 유량을 계산한다.  
   
• 특징 및 장단점:
  • 장점: 내부에 움직이는 가동부가 없어 구조가 간단하고 견고하며, 마모나 고장 가능성이 적어 내구성이 우수하고 유지보수가 용이하다. 액체, 기체, 증기(Steam) 등 광범위한 종류의 유체 측정에 적용할 수 있다. 비교적 넓은 온도 및 압력 범위(예: -40 ~ +300℃, 고압)에서 사용 가능하며, 특히 증기 유량 측정에 강점을 보인다. 유량계 자체로 인한 압력 손실이 차압식(특히 오리피스)에 비해 작다. 출력 신호(주파수)가 유량에 비례하여 선형적이며, 영점 변동(Zero Drift)이 없다. 특정 레이놀즈 수 범위 내에서는 유체의 밀도, 점도 등 물리적 특성 변화에 비교적 덜 민감하다. 온도 및 압력 센서를 내장하여 밀도 보상을 통해 질량 유량을 측정하거나 표시하는 다변수(Multivariable) 모델도 있다.  
     
  • 단점: 유속이 너무 낮으면(낮은 레이놀즈 수) 안정적인 와류가 발생하지 않거나 와류 주파수가 매우 낮아져 측정이 어렵거나 부정확해진다. 따라서 최소 측정 가능 유속 제한이 있다. 배관 자체의 기계적 진동이나 유체 흐름의 맥동(Pulsation)에 민감하여 측정 오차를 유발할 수 있다. 설치 시 진동이 적은 곳을 선택하거나 진동 방지 대책이 필요할 수 있다. 점성이 매우 높은 유체나 유체 내에 이물질 또는 기포가 많이 포함된 경우에는 와류 발생이 불안정해지거나 센서 감지에 영향을 줄 수 있어 부적합하다. 안정적인 와류 패턴 형성과 정확한 측정을 위해서는 유량계 전후단에 충분한 길이의 직관부(Straight Pipe Run)를 확보해야 한다 (예: 전단 10~15D 이상, 후단 5D). 계측기 계수(K-factor, 유량 대비 펄스 수)가 터빈식 등에 비해 낮아 분해능이 상대적으로 낮을 수 있으며, 주로 중소 구경(예: DN15 ~ DN300)에 적용된다.  
     
• 측정 방식: 와류 발생체 후단에서 와류가 생성될 때 발생하는 미소한 압력 변동이나 속도 변화를 감지하기 위해 다양한 센서 기술이 사용된다. 가장 일반적인 것은 압전 소자(Piezoelectric Sensor)나 정전 용량 센서(Capacitive Sensor)를 와류 발생체 내부나 바로 뒤에 설치하여 와류 통과 시 발생하는 응력이나 압력 변화를 감지하는 방식이다. 그 외에도 스트레인 게이지, 서미스터(열선), 초음파 빔 등을 이용하는 방식도 있다. 센서는 감지된 와류 발생 빈도(주파수)를 전기적 신호로 변환하고, 이 주파수 신호는 유속에 비례하므로 이를 이용하여 체적 유량을 계산하여 출력한다.  
   

2.5. 전자기 유량계 (Electromagnetic Flowmeter / Magmeter)

전자기 유량계는 전도성을 가진 유체의 유량을 측정하는 데 널리 사용되는 고정밀 유량계이다.

• 작동 원리: 1832년 마이클 패러데이(Michael Faraday)가 발견한 전자기 유도 법칙(Faraday's Law of Induction)에 기반한다. 이 법칙에 따르면, 도체(Conductor)가 자기장(Magnetic Field)을 가로질러 움직일 때, 도체의 운동 방향과 자기장 방향 모두에 수직인 방향으로 기전력(Electromotive Force, EMF), 즉 전압(Voltage)이 유도되며, 이 유도 전압의 크기는 자기장의 세기(B), 도체의 길이(전극 간 거리, D), 그리고 도체의 속도(v)에 비례한다 (E ∝ B·D·v). 전자기 유량계에서는 측정관(Measuring Tube) 내부에 설치된 한 쌍의 여자 코일(Excitation Coil)에 전류를 흘려 관 단면에 수직 방향으로 자기장(B)을 형성시킨다. 측정 대상인 전도성 유체(Conductive Fluid)가 이 자기장을 통과하며 흐를 때, 유체 자체가 움직이는 도체 역할을 하여 유속(v)에 비례하는 전압(E)이 유체 내에 유도된다. 이 미소한 유도 전압을 측정관 내벽에 서로 마주보게 설치된 한 쌍의 전극(Electrode)을 통해 측정한다. 유량계의 자기장 세기(B)와 전극 간 거리(D, 관의 내경)는 제작 시 결정되는 상수 값이므로, 측정된 유도 전압(E)은 유체의 평균 유속(v)에 직접 비례하게 된다 (E ∝ v). 여기에 관의 단면적(A)을 곱하면 체적 유량(Q = A·v)을 얻을 수 있다. 즉, 전자기 유량계는 유도되는 기전력만을 측정하여 체적 유량을 산출하는 방식이다.  
   
• 특징 및 장단점:
  • 장점: 측정관 내부에 유체 흐름을 방해하는 어떠한 장애물이나 가동부가 없어 압력 손실이 전혀 발생하지 않는다. 움직이는 부품이 없으므로 마모될 염려가 없고 유지보수가 거의 필요 없으며 내구성이 뛰어나다. 측정 정확도가 매우 높다 (일반적으로 ±0.5% Reading 이하, 모델에 따라 ±0.15%도 가능). 측정 가능한 유량 범위(턴다운 비)가 넓다. 측정 원리상 유체의 압력, 온도, 밀도, 점도 등 물리적 특성 변화에 거의 영향을 받지 않는다. 따라서 슬러리, 펄프, 오폐수, 진흙 상태의 액체, 고점도 액체, 부식성 액체 등 취급이 어려운 다양한 전도성 유체의 유량 측정에 매우 적합하다 (적절한 라이너 및 전극 재질 선택 시). 응답 속도가 매우 빨라 검출 지연이 없고, 맥동하는 흐름(Pulsating Flow)도 비교적 정확하게 측정할 수 있다. 유체의 흐름 상태(층류 또는 난류)에 영향을 덜 받으므로, 다른 유량계에 비해 요구되는 전후단 직관부 길이가 비교적 짧다. 양방향 유량 측정이 가능하다. 내부 라이닝(Lining) 처리로 인해 CIP(Clean-In-Place) / SIP(Sterilize-In-Place) 세척이 가능하고, 피그(Pig) 통과가 가능한 구조이다.  
     
  • 단점: 가장 큰 제약 조건은 측정 대상 유체가 반드시 일정 수준 이상의 전기 전도도(Electrical Conductivity)를 가져야 한다는 점이다 (일반적으로 최소 5 μS/cm 이상 요구됨). 따라서 기름, 탄화수소류, 용제, 순수(Pure Water) 등과 같이 전기 전도도가 매우 낮은 비전도성 유체는 측정할 수 없다. 또한 기체(Gas)나 증기(Steam)는 전도성이 없어 측정이 불가능하다. 유량계 내부는 항상 유체로 가득 차 있어야(Full Pipe Condition) 정확한 측정이 가능하며, 빈 관 상태나 기포가 과도하게 혼입되면 측정 오류가 발생할 수 있다. 전극 표면이 오염되거나 절연성 물질로 코팅되면 측정 성능이 저하될 수 있다. 라이닝 재질이 손상되거나 부적절하게 선택되면 유체가 누설되거나 측정 오류를 일으킬 수 있다. 대구경 유량계의 경우 다른 방식에 비해 초기 구매 비용이 상대적으로 높을 수 있다. 설치 시에는 유도 기전력이 매우 미약하므로(수 mV 수준), 외부 전기적 노이즈(Noise)의 영향을 받지 않도록 적절한 접지(Grounding) 및 차폐(Shielding)가 매우 중요하며, 주변에 강한 자기장을 발생시키는 설비(모터, 변압기 등)가 있는 경우 유도 장애를 일으킬 수 있으므로 설치 위치 선정에 주의해야 한다. 유지보수가 어렵다고 언급되기도 하나 , 이는 주로 내부 접근이 어렵고 전기적 문제 해결에 전문성이 요구되기 때문일 수 있다.  
     
• 측정 방식 및 구성 요소:
  • 측정관 (Measuring Tube): 유체가 흐르는 통로로, 비자성체 재질(예: 스테인리스 스틸)로 만들어진다. 내부 표면은 전기적으로 절연시키기 위해 다양한 재질의 라이너(Liner)로 코팅된다. 라이너 재질로는 테프론(PTFE, PFA), 네오프렌 고무, 폴리우레탄 고무, 하드러버, 세라믹(Ceramic), 에보나이트 등이 사용되며, 측정 유체의 온도, 압력, 부식성, 마모성 등에 따라 적합한 재질을 선택한다.  
     
  • 여자 코일 (Excitation Coils): 측정관 외부에 설치되어 자기장을 발생시킨다. 코일에 공급하는 전류 방식에 따라 교류 여자 방식(AC Excitation), 저주파 구형파 여자 방식(Pulsed DC Excitation) 등이 있다. 교류 방식은 제로점 불안정 문제가 있을 수 있고, 현재는 노이즈 제거 및 제로점 안정성이 우수한 저주파 구형파 방식이 주로 사용된다.  
     
  • 전극 (Electrodes): 측정관 내벽 라이너를 관통하여 유체와 직접 접촉하며 유도된 기전력을 감지하는 한 쌍(또는 그 이상)의 금속 전극이다. 일반적으로 SUS316L 재질이 많이 사용되나, 부식성이 강한 유체에는 하스텔로이(Hastelloy B/C), 탄탈륨(Tantalum), 티타늄(Titanium), 백금(Platinum), 지르코늄(Zirconium) 등 특수 재질이 사용된다. 접지 전극(Grounding Electrode)이 추가로 설치되기도 한다.  
     
  • 변환기 (Transmitter / Converter): 전극에서 감지된 미약한 전압 신호를 증폭하고 노이즈를 제거하며, 유량 값으로 계산하여 표준 출력 신호(4-20mA, 펄스, 주파수, 디지털 통신 등)로 변환하는 전자회로 부분이다. 현장 지시계(Display)를 포함하기도 한다. 변환기는 측정관과 일체형으로 부착되거나(Integral/Compact Type), 분리되어 원격 설치(Remote Type)될 수 있다.  
     

2.6. 초음파 유량계 (Ultrasonic Flowmeter)

초음파 유량계는 인간이 들을 수 없는 높은 주파수의 음파(Ultrasound)를 이용하여 유체의 유량을 측정하는 기술이다. 비접촉식 측정이 가능하고 압력 손실이 없는 등 여러 장점으로 인해 적용 분야가 확대되고 있다.

• 작동 원리: 주로 두 가지 측정 원리가 사용된다.
  • 전파 시간차 방식 (Transit-Time / Time-of-Flight): 가장 널리 사용되는 방식으로, 유체가 흐르는 관로를 가로질러 상류 방향과 하류 방향으로 각각 초음파 펄스를 발사하고, 각 펄스가 반대편 센서에 도달하는 데 걸리는 시간(전파 시간)을 정밀하게 측정한다. 유체가 흐르지 않을 때는 상류 방향과 하류 방향의 전파 시간이 동일하다. 하지만 유체가 흐르면, 흐름 방향과 같은 방향(하류)으로 진행하는 초음파는 유속만큼 속도가 더해져 더 빨리 도달하고(시간 단축), 흐름 방향과 반대 방향(상류)으로 진행하는 초음파는 유속만큼 속도가 상쇄되어 더 늦게 도달한다(시간 지연). 이 두 방향 간의 전파 시간 차이(Δt)는 유체의 평균 유속에 정비례한다. 이 원리는 비교적 깨끗한 액체나 가스 유량 측정에 주로 적용된다. 시간차를 직접 측정하는 시간차법 외에, 위상차(Phase Difference)나 주파수차(Frequency Difference, 싱어라운드 방식)를 이용하는 변형된 방식들도 있다.  
     
  • 도플러 방식 (Doppler Effect): 유체 내에 기포(Bubbles)나 고체 입자(Suspended Solids)와 같이 초음파를 반사할 수 있는 불연속성 물질이 존재해야 측정이 가능하다. 한쪽 센서에서 특정 주파수의 초음파를 유체 속으로 발사하면, 이 초음파가 유체와 함께 움직이는 입자나 기포에 부딪혀 반사되어 돌아온다. 이때 반사된 초음파의 주파수는 원래 발사된 주파수와 달라지는데, 이러한 주파수 변화 현상을 도플러 효과(Doppler Effect)라고 한다. 주파수의 변화량(Δf, 도플러 편이)은 반사체, 즉 유체의 유속에 비례한다. 따라서 이 주파수 변화량을 측정하여 유속 및 유량을 계산한다. 이 방식은 하수, 폐수, 슬러리, 연마성 유체 등 부유 물질이 포함된 액체의 유량 측정에 주로 사용된다.  
     
• 특징 및 장단점:
  • 장점: 유체 흐름에 전혀 방해를 주지 않아 압력 손실이 발생하지 않는다. 센서를 배관 외벽에 부착하는 클램프온(Clamp-on) 방식의 경우, 유체와 전혀 접촉하지 않고 측정이 가능하여(비접촉, 비침습) 부식성, 독성, 고순도, 위생적인 유체 측정에 매우 유리하며, 설치 시 배관을 절단하거나 공정을 중단할 필요가 없어 설치 및 유지보수가 매우 간편하다. 넓은 측정 범위(High Turndown Ratio)를 가지며, 소구경부터 수 미터에 이르는 대구경 배관까지 적용이 용이하다. 고온, 고압 유체 측정에도 적용 가능하다 (센서 재질 및 설치 방식에 따라). 양방향 유량 측정이 가능하다. 휴대용(Portable)으로 제작이 용이하여 현장 점검, 기존 유량계 검증, 임시 측정 등에 유용하게 사용될 수 있다.  
     
  • 단점: 전파 시간차 방식의 경우, 유체 내에 기포나 고형 입자가 과도하게 존재하면 초음파 신호가 산란되거나 감쇠되어 신호 수신이 어렵거나 측정 오차가 커질 수 있다. 반대로 도플러 방식은 측정을 위해 일정량 이상의 반사체(기포, 입자)가 반드시 필요하며, 반사체의 농도나 크기 분포가 변하면 정확도에 영향을 줄 수 있다. 유체의 온도, 압력, 조성 변화에 따라 음속(Sound Velocity)이 변하면 시간차 방식의 정확도에 영향을 줄 수 있다 (일부 모델은 온도 보상 기능 내장). 유속 분포(Flow Profile)가 비대칭적이거나 왜곡된 경우(예: 밸브나 엘보 직후) 측정 오차가 발생하기 쉬우므로, 정확한 측정을 위해서는 유량계 전후단에 충분한 길이의 직관부(Straight Pipe Run)를 확보하는 것이 중요하다 (특히 단일 경로 방식). 클램프온 방식의 경우, 배관의 재질, 두께, 내부 라이닝 유무, 표면 상태, 내부 스케일 등이 초음파 투과 및 전파 경로에 영향을 미쳐 오차를 유발할 수 있으므로, 정확한 배관 정보 입력과 적절한 센서 설치(커플링 포함)가 중요하다. 다른 유량계 기술에 비해 상대적으로 가격이 높을 수 있다. 매우 낮은 유속에서는 정확도가 저하될 수 있다.  
     
• 측정 방식 및 구성 요소:
  • 초음파 센서 (Ultrasonic Transducer): 압전 소자(Piezoelectric Crystal)를 이용하여 전기 신호를 초음파로 변환하여 송신하고, 수신된 초음파를 다시 전기 신호로 변환하는 역할을 한다. 측정관 내부에 직접 삽입되는 습식(Wetted/Insertion Type) 센서와 배관 외벽에 부착하는 건식(Dry/Clamp-on Type) 센서가 있다.  
     
  • 설치 방식: 센서를 설치하는 방식에 따라 Z 방식(직선 통과), V 방식(1회 반사), W 방식(다중 반사), X 방식(교차) 등이 있으며, 배관 크기나 유체 조건에 따라 적합한 방식을 선택한다.  
     
  • 다중 경로 (Multi-path): 단일 경로(Single Path) 방식은 유속 분포 변화에 민감하므로, 여러 쌍의 센서를 사용하여 여러 경로의 평균 유속을 측정하는 다중 경로 방식을 사용하면 유속 분포 왜곡의 영향을 줄이고 정확도를 크게 향상시킬 수 있다. 특히 대구경 배관이나 상거래용 측정에 유리하다.  
     
  • 변환기 (Transmitter / Converter): 센서에서 받은 전기 신호를 처리하여 전파 시간차 또는 주파수 변화량을 계산하고, 이를 유속 및 유량으로 변환하여 표시하거나 표준 출력 신호로 내보내는 전자회로 부분이다. 배관 및 유체 정보 입력, 진단 기능 등을 포함한다.

2.7. 코리올리 유량계 (Coriolis Flowmeter)

코리올리 유량계는 유체의 질량 유량을 직접 측정할 수 있는 가장 정확한 유량계 중 하나로 평가받는다.

• 작동 원리: 프랑스 과학자 가스파르-구스타브 드 코리올리스(Gaspard-Gustave de Coriolis)가 발견한 코리올리 효과(Coriolis Effect), 즉 회전하는 계(System) 내에서 움직이는 물체에 작용하는 관성력(Inertial Force)을 이용한다. 코리올리 유량계 내부에는 일반적으로 U자형, Ω(오메가)형, 또는 직선형의 측정 튜브(Measuring Tube)가 하나 또는 두 개 설치되어 있다. 액추에이터(Actuator)라는 구동 장치가 이 측정 튜브를 고유 진동수(Natural Frequency)로 계속해서 미세하게 진동시킨다. 유체가 이 진동하는 튜브를 통과하여 흐르게 되면, 튜브로 유입되는 유체는 진동의 정점을 향해 가속되고, 튜브에서 유출되는 유체는 진동의 정점에서 멀어지면서 감속된다. 이로 인해 유입측과 유출측 튜브에는 서로 반대 방향으로 작용하는 코리올리 힘이 발생하여, 흐르는 상태에서는 튜브가 미세하게 뒤틀리는(Twisting) 현상이 나타난다. 이 뒤틀림의 정도는 튜브 입구측과 출구측의 진동 위상(Phase) 또는 시간(Time)의 차이로 나타나는데, 이 위상차(Phase Shift) 또는 시간차(Time Lag)는 튜브를 통과하는 유체의 **질량 유량(Mass Flow Rate)**에 정비례한다. 따라서 이 위상차를 정밀하게 측정하여 질량 유량을 직접 계산할 수 있다. 또한, 측정 튜브의 고유 진동 주파수는 튜브 자체의 질량과 그 안에 채워진 유체의 질량(즉, 밀도)에 따라 변한다. 밀도가 높은 유체가 흐를수록 진동 주파수는 낮아진다. 따라서 튜브의 진동 주파수를 측정하면 유체의 **밀도(Density)**도 동시에 실시간으로 측정할 수 있다. 많은 코리올리 유량계는 온도 센서도 내장하고 있어 **온도(Temperature)**까지 함께 측정하여 제공한다.  
   
• 특징 및 장단점:
  • 장점: 유체의 질량 유량을 직접 측정하므로, 유체의 온도, 압력, 점도, 밀도 등 물리적 특성 변화에 영향을 거의 받지 않는다. 현존하는 유량계 중 가장 높은 수준의 측정 정확도를 제공한다 (일반적으로 ±0.1% ~ ±0.5% Reading). 밀도와 온도를 동시에 측정할 수 있어 부피 유량 환산, 농도 측정 등 다양한 부가 정보 활용이 가능하다. 액체, 기체, 과열 증기, 슬러리, 에멀전 등 매우 광범위한 종류의 유체 측정에 적용할 수 있다. 내부에 움직이는 가동부가 없어 마모 문제가 없고 유지보수가 적으며 내구성이 우수하다. 매우 넓은 유량 측정 범위(High Turndown Ratio, 예: 100:1 ~ 500:1 이상)를 가진다. 유속 분포(Flow Profile)에 영향을 받지 않으므로 유량계 전후단에 직관부가 필요하지 않다. 양방향 유량 측정이 가능하다. 상거래용(Custody Transfer), 정밀 화학물질 주입, 인라인 혼합 등 높은 정확도가 요구되는 분야에 적합하다.  
     
  • 단점: 다른 유량계 기술에 비해 초기 구매 비용이 상당히 높다. 측정 튜브의 형상과 유량에 따라 유체가 통과하면서 압력 손실이 발생할 수 있으며, 이는 특히 기체 측정 시나 저압 공정에서 고려해야 할 사항이다. 측정 튜브가 진동하는 원리 때문에 외부의 기계적 진동(Vibration)에 민감하다. 외부 진동 주파수가 튜브의 고유 진동수와 비슷하면 측정에 간섭을 일으켜 오차를 유발할 수 있으므로, 설치 시 진동이 적은 곳을 선택하고 적절한 지지 및 고정, 필요시 진동 흡수 장치(댐퍼, 플렉시블 튜브 등) 사용을 고려해야 한다. 액체와 기체가 혼합된 2상 유체(Two-Phase Flow) 상태에서는 측정값이 불안정해지거나 큰 오차가 발생할 수 있으므로 사용을 피해야 한다. 측정 튜브의 재질은 측정 유체와의 화학적 호환성 및 내식성을 고려하여 신중하게 선택해야 한다 (예: 스테인리스강 튜브는 할로겐 함유 유체에 부적합할 수 있음). 유량계 자체의 크기가 비교적 크고 무거울 수 있다. 증기(Steam) 측정에는 일반적으로 적합하지 않다.  
     
• 측정 방식 및 구성 요소:
  • 측정 튜브 (Measuring Tube(s)): 유체가 통과하며 진동하는 핵심 부품. U자형, 직선형 등 다양한 형상이 있으며, 스테인리스 스틸, 하스텔로이, 티타늄, 탄탈륨 등 유체 특성에 맞는 재질로 제작된다. 수소 충전용으로는 특수 형상(예: 역삼각형)이 개발되기도 했다.  
     
  • 액추에이터 (Actuator / Driver): 측정 튜브를 특정 주파수로 진동시키는 전자기 구동 장치이다.  
     
  • 센서 (Sensors / Pick-offs): 측정 튜브의 양 끝 또는 특정 위치에 설치되어 튜브의 진동 변위, 위상, 주파수를 감지하는 전자기 센서이다.  
     
  • 변환기 (Transmitter / Electronics): 센서로부터 받은 신호를 처리하여 위상차로부터 질량 유량을 계산하고, 진동 주파수로부터 밀도를 계산하며, 내장된 온도 센서 값을 읽어들인다. 계산된 값들을 표시하고 표준 출력 신호(4-20mA, 주파수/펄스, 디지털 통신 등)로 변환하여 외부로 전송한다. 변환기는 센서부와 일체형이거나 분리형일 수 있다.  
     

2.8. 용적식 유량계 (Positive Displacement - PD Flowmeter)

용적식 유량계는 유체를 일정한 부피 단위로 분할하여 계량하는 직접적인 측정 방식을 사용한다.

• 작동 원리: 유량계 내부에 정밀하게 가공된 계량실(Measuring Chamber)과 그 안에서 회전하거나 왕복 운동하는 로터(Rotor), 기어(Gear), 피스톤(Piston), 디스크(Disk) 등의 가동 요소(Displacing Element)가 있다. 유체가 유량계로 유입되면, 유체의 압력(흐름 에너지)에 의해 이 가동 요소가 움직이면서 일정 부피의 유체를 계량실 내에 가두었다가(Filling) 출구 측으로 밀어내는(Discharging) 과정을 연속적으로 반복한다. 가동 요소의 1회전 또는 1회 왕복 운동은 정확히 알려진 일정 부피의 유체가 통과했음을 의미한다. 따라서 이 가동 요소의 회전수나 왕복 횟수를 계수(Counting)하고, 여기에 단위 동작당 통과 부피(Volume per Cycle)를 곱하여 총 통과 유량, 즉 적산 체적 유량(Total Volume)을 직접적으로 측정한다.  
   
• 종류: 내부 가동 요소의 형태에 따라 매우 다양한 종류가 있다. 대표적인 것으로는 오벌 기어(Oval Gear), 루츠(Roots, 주로 기체용), 로터리 베인(Rotary Vane), 로터리 피스톤(Rotary Piston), 너팅 디스크(Nutating Disk), 헬리컬 기어(Helical Gear), 다이어프램(Diaphragm, 주로 가스미터) 등이 있다.  
   
• 특징 및 장단점:
  • 장점: 유체의 체적을 직접 계량하는 방식이므로, 측정 정확도가 매우 높다 (특히 적산 유량에 대해, 액체의 경우 ±0.1% ~ ±1.0% 수준 가능). 유체의 점도나 밀도 변화에 비교적 덜 민감하며, 특히 점도가 매우 높은 액체(고점도 유체, 예: 중유, 윤활유, 시럽, 초콜릿)의 유량 측정에 매우 적합하다. 유체 자체의 에너지로 작동하므로 별도의 외부 전원 공급 없이도 기계식 카운터를 통해 유량 계량 및 표시가 가능하다. 맥동 유량(Pulsating Flow)의 영향을 비교적 적게 받으며, 유량 변동이 심한 환경에서도 안정적인 측정이 가능하다. 유속 분포에 영향을 받지 않으므로 유량계 전후단에 직관부가 필요하지 않아 설치 공간의 제약이 적다. 원리적으로 적산형 유량계이며 , 상거래용(예: 주유소 주유기, 가정용 가스/수도 미터)이나 정밀 계량이 필요한 배치(Batch) 공정, 기준 유량계 등으로 널리 사용된다. 압력 손실이 상대적으로 낮다는 장점도 언급된다.  
     
  • 단점: 내부에 정밀하게 가공된 기계적 가동부가 있어 유체와의 마찰 및 마모가 발생하며, 이로 인해 수명이 제한될 수 있고 주기적인 유지보수나 교체가 필요할 수 있다. 유체 내에 고형 입자나 이물질이 포함된 경우 가동부가 걸리거나(Sticking) 마모되어 고장을 일으키거나 측정 오차를 유발할 수 있으므로, 반드시 깨끗한 유체에 사용해야 하며 상류 측에 여과기(Strainer) 설치가 필수적이다. 유체가 가동부와 계량실 사이의 미세한 틈새(Clearance)를 통해 누설(Slippage)될 수 있으며, 이는 특히 저점도 유체나 저유량 영역에서 오차를 증가시키는 요인이 된다. 구조적으로 압력 손실이 발생하며, 이는 유량이나 점도가 증가할수록 커질 수 있다. 가동 요소의 작동 속도 제한 때문에 측정 가능한 최대 유량이 제한되며, 대유량을 측정하기 위해서는 유량계의 크기가 매우 커지고 비용도 급격히 증가한다. 부식성 유체에 사용하기 위해서는 내부 부품의 재질 선택에 신중해야 하며, 이 경우 가격이 높아질 수 있다. 기체 측정에는 주로 루츠(Roots)나 다이어프램(Diaphragm) 방식이 사용되나, 액체용만큼 종류가 다양하지는 않다.  
     
• 측정 방식: 가동 요소의 회전이나 왕복 운동 횟수를 기계적으로 연결된 카운터(Mechanical Register)를 통해 직접 적산하여 표시하거나, 회전축에 연결된 센서(예: 리드 스위치, 홀 효과 센서, 광학 엔코더)를 이용하여 펄스 신호로 변환한 후 전자식 지시/적산기(Electronic Register)에서 유량을 계산하고 표시하거나 외부로 전송한다. 측정된 펄스 수에 펄스당 유량 값(K-factor)을 곱하여 유량을 산출한다.  
   

2.9. 열식 질량 유량계 (Thermal Mass Flowmeter)

열식 질량 유량계는 유체의 열 전달 특성을 이용하여 주로 기체의 질량 유량을 측정하는 기술이다.

• 작동 원리: 유체가 흐르는 관로 내 또는 표면에 온도 센서(일반적으로 RTD, 저항 온도 검출기) 두 개와 전기 히터(Heater)를 설치한다. 유체가 흐르면서 히터에서 발생한 열을 빼앗아 가는데(냉각 효과), 이 열 전달량은 유체의 질량 유량과 밀접한 관련이 있다. 주로 두 가지 작동 방식이 사용된다.
  • 정온도차 방식 (Constant Temperature Difference / CTD): 하나의 온도 센서는 실제 유체의 온도를 측정하고(기준 센서), 다른 하나는 히터에 의해 가열되어 기준 센서보다 항상 일정한 온도 차이(ΔT, 예: 50℃ 높게)를 유지하도록 제어된다(가열 센서). 유량이 증가하면 가열 센서로부터 더 많은 열이 유체로 전달되어 센서가 냉각되므로, 설정된 온도차(ΔT)를 유지하기 위해 히터에 공급해야 하는 전력(Power, P) 또는 전류(Current, I)가 증가한다. 이 소모되는 전력(또는 전류)이 유체의 질량 유량에 비례하는 관계를 이용하여 질량 유량을 측정한다.  
     
  • 정전력 방식 (Constant Power / CP): 히터에 일정한 전력을 공급하여 가열 센서를 가열한다. 유량이 증가하면 가열 센서가 더 많이 냉각되어 기준 센서와의 온도 차이(ΔT)가 감소한다. 이 온도 차이(ΔT)의 변화를 측정하여 질량 유량을 계산한다.  
     
• 특징 및 장단점:
  • 장점: 유체의 질량 유량을 직접 측정하므로, 기체의 온도나 압력 변화에 따른 보상이 별도로 필요하지 않다. 매우 낮은 유량 및 유속(Low Flow)까지 측정이 가능하며, 넓은 유량 측정 범위(High Turndown Ratio, 예: 100:1 이상)를 가진다. 센서 프로브가 유체 흐름에 미치는 영향이 작아 압력 손실이 매우 적다 (특히 삽입형의 경우). 내부에 움직이는 가동부가 없어 마모 문제가 없고 유지보수가 적으며 내구성이 좋다. 유량 변화에 대한 응답 속도가 빠르다. 삽입형(Insertion Type)의 경우, 대구경 배관에도 비교적 저렴하고 용이하게 설치할 수 있으며, 핫탭(Hot-tap) 설치를 통해 공정 중단 없이 설치 또는 제거가 가능할 수 있다. 다양한 출력 신호(4-20mA, 펄스, 디지털 통신 등)를 제공한다.  
     
  • 단점: 주로 깨끗하고 건조한 기체(Gas)의 질량 유량 측정에 사용된다. 액체 유량 측정은 가능하지만, 적용이 제한적이며 특수 설계가 필요할 수 있다. 유체 내에 습기(Moisture)가 많거나 응축(Condensation)이 발생하면 센서 표면의 열 전달 특성이 변하여 큰 측정 오류를 유발할 수 있다. 센서 표면에 먼지나 유분 등 이물질이 쌓이면(오염, Fouling) 열 전달을 방해하여 측정 정확도에 영향을 미치므로, 주기적인 점검 및 청소가 필요할 수 있다 (일부 모델은 센서 오염 자가 진단 기능 제공). 측정 원리가 유체의 열적 특성(비열, 열전도율 등)에 의존하므로, 측정 대상 기체의 조성이 바뀌면 실제 유량과 측정값 사이에 오차가 발생할 수 있어 재교정이 필요하다. 외부 온도 변화에 민감할 수 있으므로 온도 보상 기능이 중요하다.  
     
• 측정 방식 및 구성 요소:
  • 센서 프로브 (Sensor Probe): 두 개의 온도 센서(RTD)와 히터를 포함하며, 유체 흐름 속에 직접 위치한다. 유체 흐름 전체를 통과시키는 인라인(In-line) 방식과 배관의 일부 지점에 센서를 삽입하는 삽입형(Insertion Type) 방식이 있다. 삽입형은 대구경 배관에 주로 사용된다.  
     
  • 변환기 (Transmitter / Electronics): 센서로부터 받은 온도 신호를 처리하고, 히터 전력을 제어하며(정온도차 방식), 측정 원리에 따라 질량 유량을 계산하여 표시하거나 표준 출력 신호로 변환한다. 가스 종류 선택, 온도/압력 보상(필요시), 단위 변환 등의 기능을 포함할 수 있다.  
     

각 유량계 기술은 이처럼 고유한 작동 원리와 그에 따른 장단점을 지닌다. 여러 기술이 동일한 유체(예: 액체, 기체)를 측정할 수 있지만 , 특정 조건이나 성능 요구사항(예: 고점도, 슬러리, 고정확도, 저유량, 질량 측정, 비접촉 측정)에 대해서는 특정 기술이 더 적합하거나 특화되어 있다. 예를 들어, 전도성 액체의 정밀 측정에는 전자기식이 유리하고 , 고점도 액체의 정량 이송에는 용적식이 강점을 보이며 , 기체의 질량 유량 측정에는 코리올리식이나 열식이 직접적인 해답을 제공한다. 이는 '만능' 유량계는 존재하지 않으며, 특정 응용 분야의 요구사항을 가장 잘 만족시키는 기술을 신중하게 선택하는 과정이 중요함을 시사한다.  

 

또한, 많은 유량계 기술(차압식, 터빈식, 와류식, 초음파식 등)은 정확한 측정을 위해 유량계 설치 지점 전후단에 일정 길이 이상의 직선 배관 구간, 즉 직관부(Straight Pipe Run)를 확보할 것을 요구한다. 이는 배관 내 유동을 안정시키고 유속 분포를 균일하게 만들어 측정 오차를 줄이기 위함이다. 요구되는 직관부 길이는 유량계 종류와 배관 상태에 따라 다르며, 때로는 상당한 길이를 요구하기도 한다 (예: 전단 10D~30D, 후단 5D). 설치 공간이 제한적인 경우에는 이러한 직관부 요구 조건이 유량계 선택에 큰 제약이 될 수 있다. 반면, 코리올리 유량계나 용적식 유량계, 면적식 유량계 등은 유속 분포에 덜 민감하여 직관부 요구 조건이 없거나 훨씬 덜 엄격하다는 장점을 가진다. 따라서 배관 설치 환경 또한 유량계 기술 선택에 중요한 고려 요소가 된다.  

 

III. 유량계의 산업별 응용 분야 및 사례

유량계는 현대 산업의 거의 모든 분야에서 공정의 효율성, 안전성, 경제성을 확보하는 데 필수적인 역할을 수행하고 있다. 다양한 산업 분야에서 유량계가 어떻게 활용되는지 이해하는 것은 특정 요구사항에 맞는 최적의 유량 측정 솔루션을 선택하고 적용하는 데 중요하다.

3.1. 주요 적용 산업 개요

유량계는 그 활용 범위가 매우 넓어 특정 산업에 국한되지 않고 광범위하게 사용된다. 주요 적용 산업 분야는 다음과 같다.

• 석유 및 가스 (Oil & Gas): 탐사, 생산, 정제, 저장, 운송(파이프라인, 선박), 분배 등 전 과정에서 원유, 천연가스, 정제유, 액화석유가스(LPG), 액화천연가스(LNG) 등의 유량을 정밀하게 측정하고 관리하는 데 필수적이다. 특히 상거래용(Custody Transfer) 측정에서는 고정확도 유량계(코리올리, 초음파, 터빈 등)가 요구된다.  
   
• 화학 및 석유화학 (Chemical & Petrochemical): 다양한 종류의 원료, 중간재, 최종 화학제품, 용매, 첨가제 등의 유량을 정확하게 측정하고 제어하여 반응 공정을 최적화하고 제품 품질을 관리한다. 부식성, 독성, 고온, 고압 유체를 다루는 경우가 많아 내화학성과 안전성이 중요한 고려 요소이다.  
   
• 수자원 관리 및 폐수 처리 (Water & Wastewater): 상수도 시스템에서의 취수, 정수, 송배수량 측정, 누수 감지, 하수 및 폐수 처리 공정에서의 유입/처리/방류량 측정, 공업용수 관리, 관개용수 분배 등 물 관리 전반에 걸쳐 광범위하게 사용된다. 대용량 측정, 슬러지 측정, 개수로 측정 등 다양한 요구사항이 존재한다.  
   
• 발전 (Power Generation): 화력, 원자력, 수력, 복합화력 등 다양한 발전소에서 보일러 급수, 냉각수, 연료(석탄, 가스, 오일), 증기(Steam), 배출 가스 등의 유량을 측정하여 발전 효율을 관리하고 설비를 안전하게 운영하는 데 사용된다.  
   
• 식품 및 음료 (Food & Beverage): 원료(물, 우유, 주스, 시럽 등), 첨가물, 세척수, 최종 제품 등의 유량을 위생적으로 측정하고 관리하여 제품의 일관된 품질과 안전성을 보장하고, 배치(Batch) 공정을 정밀하게 제어한다. 위생 등급(Sanitary/Hygienic) 설계 및 CIP/SIP 가능 여부가 매우 중요하다.  
   
• 제약 (Pharmaceutical): 의약품 원료, 용매, 정제수(WFI), 주사제 등의 유량을 매우 정밀하고 위생적으로 측정 및 제어하여 엄격한 품질 기준(GMP 등)을 충족시키고 생산 공정의 유효성을 검증한다. 재질의 적합성, 세척 및 멸균 용이성, 교정 및 검증의 중요성이 강조된다.  
   
• HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning): 건물이나 시설의 냉난방 시스템에서 냉수, 온수, 냉매, 공기 등의 유량을 측정하여 에너지 효율을 최적화하고 쾌적한 환경을 유지하는 데 사용된다.  
   
• 금속 및 광업 (Metals & Mining): 광석 슬러리, 공정 용수, 화학 약품, 냉각수 등의 유량을 측정하여 제련 및 가공 공정을 관리하고 자원 효율성을 높인다. 마모성이 강한 슬러리 측정이 가능한 유량계(전자기식, 초음파 도플러식 등)가 요구된다.  
   
• 펄프 및 제지 (Pulp & Paper): 펄프 슬러리, 공정 용수, 화학 약품, 증기 등의 유량을 측정하여 제지 공정을 제어하고 생산성을 관리한다.  
   
• 반도체 및 디스플레이 제조: 초순수(UPW), 화학 약액, 특수 가스 등의 유량을 정밀하게 측정하고 제어하여 미세 공정의 수율과 안정성을 확보한다. 높은 청정도와 정밀 제어가 요구된다.  
   

이 외에도 자동차, 항공우주, 건설, 농업 등 다양한 산업 분야에서 유량계는 특정 목적을 위해 활용되고 있다. 산업 자동화 수준의 향상, 에너지 효율 및 자원 관리의 중요성 증대, 환경 및 안전 규제 강화 추세는 앞으로도 유량계의 수요를 지속적으로 견인할 것으로 예상된다.  

 

3.2. 구체적인 응용 사례 분석

유량계는 각 산업 분야에서 구체적으로 다음과 같은 다양한 목적으로 활용된다.

• 공정 제어 (Process Control):
  • 원료 투입 및 혼합: 화학 반응이나 제품 생산에 필요한 원료들을 정확한 비율로 투입하고 혼합하는 데 사용된다. 예를 들어, 여러 액체나 기체를 정해진 유량으로 공급하여 원하는 조성의 혼합물을 만들거나, 반응 속도를 조절한다. 식품 산업에서 초콜릿 제조 시, 고온 유지를 위해 자켓(Jacket)이 부착된 용적식 유량계를 사용하여 초콜릿 원료의 유량을 측정하면서 동시에 온도를 유지하는 사례가 있다.  
  • 배치(Batch) 공정 제어: 정해진 양의 유체를 정확하게 투입하거나 분주(Dispensing)하는 배치 공정에서 용적식, 코리올리식, 전자기식 유량계 등이 활용된다.  
  • 약품 주입 제어: 수처리 공정에서의 소독제 주입, 보일러 수처리 약품 주입, 화학 공정에서의 촉매나 첨가제 주입 등 정밀한 양의 약품을 주입하는 데 사용된다.  
• 에너지 관리 (Energy Management):
  • 연료 소비량 측정: 보일러, 버너, 엔진 등에 공급되는 연료(가스, 오일 등)의 유량을 측정하여 에너지 소비 효율을 계산하고 관리한다. 열식 질량 유량계는 연소 공기나 연료 가스 측정에 자주 사용된다. 
  • 증기 유량 측정: 발전소나 산업 공정에서 생산되거나 사용되는 증기의 유량을 측정하여 에너지 효율을 평가하고 공정을 제어한다. 와류 유량계가 증기 측정에 강점을 보이며 , 차압식 노즐 유량계도 고온 고압 증기 측정에 사용된다. 
  • 열량 측정 (Heat Quantity Measurement): 냉난방 시스템이나 열 교환 공정에서 유체의 유량과 함께 입출구 온도 차이를 측정하여 전달되거나 소비된 열량을 계산한다 (열량 = K × 유량 × 온도차). 이를 통해 에너지 사용량을 정확히 파악하고 시스템 효율을 최적화할 수 있다.  
  • 펌프 에너지 절약: 펌프로 유체를 이송하는 시스템에서, 기존의 밸브 개폐 제어 방식 대신 유량계의 측정값을 기반으로 인버터(Inverter)를 이용하여 펌프 모터의 회전 속도를 직접 제어함으로써, 불필요한 과부하를 줄이고 전력 소비량을 절감할 수 있다.  
• 수자원 관리 (Water Resource Management):
  • 상수 공급 및 관리: 정수장에서 생산된 물의 공급량 측정, 배수관망에서의 유량 분포 파악, 누수 감지 등에 활용된다. 
     
  • 하수 및 폐수 처리: 하수관로 유량 측정, 처리장 유입/유출량 모니터링, 처리 공정별 유량 분배 등에 사용된다. 맨홀이나 개방 수로에 설치 가능한 침습식 초음파 유량계(면적-유속 방식) 등이 활용된다.  
  • 관개용수 관리: 농업 지역에서 운하나 수로를 통해 공급되는 관개 용수의 유량이나 적산량을 측정하여 효율적인 물 사용을 지원한다.  
• 환경 모니터링 및 규제 준수 (Environmental Monitoring & Compliance):
  • 폐수 배출량 측정: 공장에서 배출되는 폐수의 유량을 정확하게 측정하고 기록하여 환경 규제 기준을 준수하고 배출 부과금 산정 등에 활용한다. 기존 배관에 설치가 용이한 클램프온 초음파 유량계가 유용하게 사용될 수 있다.  
  • 굴뚝 배출 가스 유량 측정 (TMS, Tele-Monitoring System): 대기 오염 물질 배출 총량을 산정하기 위해 굴뚝에서 배출되는 가스의 유량을 측정한다. 열식 질량 유량계(삽입형)나 초음파 유량계 등이 사용된다.  
  • 채석장 등 배수 관리: 채석장 등에서 발생하는 오염된 배출수의 유량을 측정하고 기록하여 환경 기준 준수 여부를 관리한다.  
• 상거래 및 분배 (Custody Transfer & Dispensing):
  • 석유 및 가스 거래: 파이프라인, 유조선, 저장 탱크 등에서 석유 제품이나 천연가스의 소유권 이전 시 정확한 거래량을 측정하기 위해 고정확도 유량계(코리올리, 초음파, 터빈, 용적식 등)가 사용된다.  
  • 수소 충전: 수소 충전소에서 수소 자동차에 충전되는 수소 기체의 질량을 정밀하게 측정하기 위해 고압 환경에 적합한 코리올리 질량 유량계가 개발되어 적용되고 있다.  
  • 정량 분배: 주유소의 주유기, LPG 충전기, 화학 약품 분배 시스템 등에서 정확한 양을 판매하거나 분배하기 위해 용적식 유량계 등이 널리 사용된다.  
• 연구 및 시험 (Research & Testing):
  • 실험 장비: 실험실 규모의 반응 장치, 분석 기기, 파일럿 플랜트 등에서 정밀한 유량 제어 및 측정을 위해 사용된다. 
  • 성능 시험: 펌프, 밸브, 엔진 등 유체 관련 기기의 성능을 시험하고 평가하는 데 유량 측정이 필요하다.  
  • 유량계 검증: 기존에 설치된 유량계의 성능이나 정확도를 검증하기 위해 휴대용 유량계(예: 클램프온 초음파, 이동식 터빈/용적식)를 이용하여 비교 측정하는 경우가 있다.  
• 특수 유체 측정:
  • 고점성 유체: 마요네즈, 드레싱, 초콜릿, 중유 등 점도가 매우 높은 유체의 경우, 압력 손실이 크거나 가동부 문제가 발생할 수 있는 유량계는 사용하기 어렵다. 용적식, 코리올리식, 또는 클램프온 초음파 유량계 등이 대안이 될 수 있다.
  • 슬러리 측정: 모래 슬러리, 광석 슬러리, 폐수 슬러지 등 고형 입자를 포함한 유체는 마모나 막힘 문제를 일으킬 수 있다. 장애물이 없는 전자기 유량계나, 비접촉식인 초음파 도플러 유량계, 또는 내마모성이 강한 벤츄리관 차압식 유량계 등이 고려될 수 있다.  

이러한 구체적인 응용 사례들을 살펴보면, 특정 응용 분야의 요구사항(예: 유체 종류, 정확도, 위생, 압력 손실, 설치 조건 등)과 특정 유량계 기술의 장단점이 밀접하게 연관되어 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 깨끗하고 전도성이 있는 액체의 고정확도 측정이 필요하며 압력 손실이 없어야 하는 경우에는 전자기 유량계가 강력한 후보가 된다. 반면, 비전도성 유체나 기체를 측정해야 하거나, 기존 배관에 비침습적으로 설치해야 하는 경우에는 초음파 유량계가 유력한 대안이 될 수 있다. 증기 유량 측정에는 와류 유량계나 차압식 노즐이 자주 고려되며 , 질량 단위의 직접적이고 정밀한 측정이 필요하다면 코리올리 유량계가 최적의 선택일 수 있다. 이처럼 각 응용 분야마다 주로 선호되거나 적합한 유량계 기술이 존재하지만, 이는 일반적인 경향일 뿐이며 실제 유량계 선정 시에는 해당 공정의 구체적인 조건과 요구사항을 면밀히 분석하여 최적의 솔루션을 찾는 것이 중요하다.  

 

IV. 유량계 선정 가이드

다양한 종류의 유량계 중에서 특정 응용 분야에 가장 적합한 유량계를 선택하는 것은 성공적인 공정 운영과 정확한 측정 결과를 얻기 위한 매우 중요한 과정이다. 유량계 선정은 단순히 기술 사양을 비교하는 것을 넘어, 측정 대상 유체의 특성, 공정 조건, 요구되는 성능 수준, 설치 환경, 그리고 경제성 등 다각적인 요소를 종합적으로 고려해야 하는 복잡한 의사결정 과정이다.

4.1. 핵심 고려 요소 분석

유량계를 선정할 때 반드시 고려해야 할 핵심 요소들은 다음과 같다.

• 유체 특성 (Fluid Properties):
  • 유체의 상(Phase) 및 종류: 측정 대상이 액체인지, 기체인지, 증기(Steam)인지, 또는 고형물이 섞인 슬러리(Slurry)인지 명확히 파악해야 한다. 각 유량계 기술마다 측정 가능한 유체의 상과 종류가 제한적일 수 있다 (예: 전자기식은 액체만, 열식은 주로 기체만).  
     
  • 물리적/화학적 성질:
    • 점도 (Viscosity): 유체의 끈끈한 정도. 점도가 높으면 일부 유량계(예: 터빈식, 면적식)의 성능에 영향을 미치거나 사용이 부적합할 수 있으며, 용적식이나 코리올리식이 유리할 수 있다.  
    • 밀도 (Density): 유체의 단위 부피당 질량. 특히 기체의 경우 온도와 압력에 따라 크게 변하며, 질량 유량 계산이나 일부 유량계(예: 면적식)의 성능에 영향을 미친다.  
    • 온도 (Temperature): 유체의 작동 온도 범위(최저, 정상, 최고). 유량계 재질의 내열 한계, 전자 부품의 작동 온도 범위, 그리고 유체 물성 변화(밀도, 점도, 음속 등)에 영향을 미치므로 반드시 확인해야 한다.  
    • 압력 (Pressure): 유체의 작동 압력 범위(최저, 정상, 최고). 유량계 본체 및 연결부의 내압 한계(Pressure Rating)를 초과하지 않아야 하며, 압력 변화는 기체의 밀도에 큰 영향을 준다. 차압(압력 강하) 발생 여부도 중요하다.  
    • 전기 전도도 (Conductivity): 전자기 유량계 선택 시 가장 중요한 요소. 일정 수준 이상의 전도도를 가져야만 측정이 가능하다.  
    • 부식성 (Corrosivity) 및 마모성 (Abrasiveness): 유체가 유량계 재질(몸체, 센서, 라이너, 전극, 로터 등)을 부식시키거나 마모시킬 수 있는지 확인하고, 적절한 내식성/내마모성 재질을 선택해야 한다.  
    • 고형물 또는 기포 포함 여부: 슬러리나 기포가 포함된 유체는 특정 유량계(예: 터빈식, 용적식)에 문제를 일으키거나 , 다른 유량계(예: 초음파 도플러식)에는 오히려 필요할 수 있다. 전파 시간차 초음파나 전자기식 등은 일정 수준 이상의 기포에 민감할 수 있다.  
• 유량 조건 (Flow Conditions):
  • 유량 범위 (Flow Rate Range): 공정에서 예상되는 최소 유량과 최대 유량을 정확히 파악하고, 이 범위를 충분히 포함하는 측정 범위를 가진 유량계를 선택해야 한다. 너무 크거나 작은 유량계는 정확도 저하나 손상을 유발할 수 있다. 
     
  • 턴다운 비 (Turndown Ratio = Max Flow / Min Flow): 유량 변화 폭이 큰 공정에서는 턴다운 비가 높은 유량계(예: 코리올리, 열식, 초음파, 전자기)가 유리하다. 턴다운 비가 낮은 유량계(예: 차압식 오리피스)는 유량 변화가 크지 않은 안정적인 공정에 적합하다.  
     
  • 유속 (Flow Velocity): 유량뿐만 아니라 유속도 고려해야 한다. 일부 유량계(예: 와류식, 전자기식)는 최소 유속 요구 조건이 있으며 , 너무 높은 유속은 마모나 압력 손실을 증가시킬 수 있다. 유량계 크기 선정 시 권장 유속 범위를 고려하는 것이 좋다.  
     
  • 흐름 상태 (Flow Profile & Pulsation): 유동이 안정적인지, 맥동(Pulsation)이 있는지 확인해야 한다. 맥동 흐름은 면적식, 터빈식, 와류식 등 일부 유량계의 정확도에 악영향을 줄 수 있다. 또한, 밸브나 펌프, 배관 형상 등으로 인해 유속 분포가 왜곡되지 않았는지 확인하고, 필요시 직관부 확보나 정류기(Flow Conditioner) 설치를 고려해야 한다.  
     
• 성능 요구사항 (Performance Requirements):
  • 정확도 (Accuracy): 해당 공정에서 요구하는 측정 정밀도 수준을 명확히 정의해야 한다. 단순 감시용인지, 제어용인지, 상거래용인지에 따라 요구 정확도가 달라진다. 유량계 사양에 표시된 정확도(% of Reading 또는 % of Full Scale)의 의미를 정확히 이해하고 비교해야 한다. 일반적으로 코리올리, 전자기, 초음파, 용적식 등이 높은 정확도를 제공하며, 차압식, 면적식은 상대적으로 낮을 수 있다.  
     
  • 재현성 (Repeatability): 측정값의 일관성. 정밀한 공정 제어에서는 높은 재현성이 정확도만큼 중요할 수 있다.  
     
  • 응답 속도 (Response Time): 유량 변화를 얼마나 빨리 감지하고 출력하는지. 빠른 제어 루프나 급격한 유량 변화 감지가 필요한 경우 중요한 요소이다.  
     
• 설치 조건 (Installation Conditions):
  • 배관 사양: 설치될 배관의 정확한 내경(Size), 재질, 스케줄(두께) 등을 확인해야 한다.  
     
  • 연결 방식: 배관과의 연결 방식(플랜지 규격, 나사 종류, 위생 클램프 등)을 확인하고 유량계 사양과 일치시켜야 한다.  
     
  • 설치 방향: 유량계가 특정 설치 방향(수평, 수직 상향/하향)을 요구하는지 확인해야 한다 (예: 면적식은 주로 수직 상향).  
     
  • 직관부 확보: 유량계 전후단에 필요한 최소 직선 배관 길이를 확보할 수 있는지 확인해야 한다. 이는 유량계 종류와 상류 측 배관 구성(엘보, 밸브 등)에 따라 달라진다. 공간이 부족하면 직관부 요구가 적은 유량계를 고려하거나 정류기 사용을 검토해야 한다.  
     
  • 설치 공간 및 접근성: 유량계 자체의 크기와 무게, 설치 및 유지보수 작업을 위한 충분한 공간이 확보되어야 한다.  
     
  • 주변 환경 조건: 유량계가 설치될 장소의 주위 온도, 습도, 분진, 부식성 가스 존재 여부, 기계적 진동 수준, 전자기 간섭 가능성 등을 평가해야 한다. 필요시 적절한 보호 등급(IP 등급, NEMA 등급)을 가진 제품을 선택해야 한다. 설치 장소가 위험 지역(Hazardous Area)인 경우, 해당 지역의 분류(Zone 또는 Division)에 맞는 방폭 등급을 선정해야 한다.