초음파 유량계는 관내의 액체에 초음파를 전달하고 그 전파 시간의 차이에서 유량을 측정하는 유량계입니다. 유체의 흐름 방향으로 대각선의 초음파를 발생시키고 이것으로 측정이 가능합니다. 일반적으로 배관의 양쪽에 감지기를 설치하는 유형이 많지만, 최근에는 배관에서 반사된 초음파를 그대로 한쪽의 검출기에서 측정합니다. 종래부터 초음파 유량계는 유체의 압력 손실이 없고, 기계 구동부가 없는 장점이 있으며, 배관이 대 구경이라 해도 검출 원리의 단순함에의해 저비용화가 가능합니다. 또한 클램프 온 방식은 배관 안의 액체와 직접 접촉하지 않기 때문에, 불순물의 혼입을 방지하고 배관을 절단하는 등의 공사 작업이 필요하지 않습니다.
초음파 유량계의 원리
초음파식 유량계에는 몇가지 방식이 있지만, 현재 제조 현장에서 중심이 되고 있는 것은 전파 시간차 방식을 많이 사용합니다. 위에서 언급한 대로 초음파식 유량계는 초음파를 유체의 흐름에 대한 사선 방향으로 전파시킵니다. 관내에 유체가 흐르지 않는 경우는 단순히 초음파가 두 개의 검출기 사이에서 전파할 뿐입니다. 그러나 액체의 흐름이 초음파의 방향과 같으면, 초음파는 유체에서 가속도를 받아 속도가 증가하고 결과적으로 검출기에 도달 시간이 짧아집니다. 반대로 액체의 흐름과 초음파가 역 방향이면, 초음파가 검출기에 도달할 시간은 길어집니다. 초음파가 검출기에 도달하는 시간의 변화는 이렇게 액체의 흐름 방향과 속도에 의해서 바뀌기 때문에, 이 변화량을 감안하여 유속을 산출하는 것입니다. 그리고 초음파은 전자파 등에 비하면 전파 속도가 느리기 때문에 이 특징이 두드러지게 나타납니다. 초음파가 이 유량측정 방식에 이용되는 것은 이것이 이유입니다.
초음파 유량계의 특징
이렇게 장점이 많은 초음파 유량계이지만 물론 단점도 존재합니다.
초음파 유량계의 장점
1. 기계적 구동부가 없기 때문에, 압력 손실이 없다.
초음파식 유량계는 유체 사이에 초음파가 통과할 뿐이므로 압력 손실이 발생하지 않습니다. 구동부가 없기 때문에 초음파식 유량계는 고장도 적습니다.
2. 클램프 방식을 사용하면 배관의 절단과 같은 공사가 필요 없다.
클램프 온 방식의 초음파 유량계는 배관의 외부에 장착만 하기 때문에, 배관을 절단하는 등의 공사 작업이 필요하지 않습니다. 또한 직접 접촉이 없기 때문에 이물질의 혼입 등을 방지할 수 있습니다.
초음파 유량계의 단점
1. 액체 안의 이물이나 기포의 영향을 받기 쉽다.
유체속의 이물이나 기포는 측정에 있어서 최대의 적이라 할 수 있습니다. 유체의 유속이 빨라지면 캐비테이션 (흐름 중의 압력 차에 의해 단시간의 거품 발생과 소멸이 일어나는 현상) 이 일어나 계측이 어렵습니다. 이러한 현상이 발생하면, 기체 분리기로 (세퍼레이터) 기포를 제거하거나 다른 방식의 유량계를 검토해야 합니다.
2. 직선의 배관이 필요하다.
직선의 배관은 유체의 흐름을 안정시키기 때문에, 유량계의 상류 측과 하류 측에 최소한의 길이의 직관이 필요합니다. 기본적으로 직관부의 길이 L은 배관의 지름 D를 이용하여, 예를 들어 L=5D(배관 지름의 5배)라고 표현을 합니다. 초음파식 유량계는 그 원리상 유체가 안정된 상태로 흐를 필요가 있습니다. 그래서 직관부를 다른 방식의 유량계보다 길게 만들어야 합니다. 그 외 측정 범위가 크거나, 대구경 배관에 사용할 모델을 쉽게 구할 수 있다는 점도 장점입니다.
