코리올리 유량계의 정확성에 대한 이해

질량 유량 측정은 유량을 측정해야 하는 산업 전반에 걸쳐 제조법 공식, 재료 균형 결정, 과금 및 상거래 공정 작업의 기초가 됩니다. 가공처리 공장에서의 유량 측정은 질량 유량 검출의 신뢰성과 정확성이 매우 중요합니다.

과거에는 체적 유량계와 농도계의 출력으로 질량 유량이 주로 계산되었습니다. 밀도는 직접 측정되거나 (그림 5-1A), 또는 공정 온도 및 압력 트랜스미터의 출력을 사용하여 계산되었습니다. 이러한 측정은 공정 압력 또는 온도 및 밀도 간의 관계가 항상 정확하게 알려지지 않았기 때문에 매우 정확하지 않았습니다-- 각 센서는 전체 측정 오차에 자체적인 별도의 오차를 추가하고, 이러한 계산의 응답 속도는 보통 유량의 단계 변화를 검출하기에 충분하지 않습니다.

독립형 질량 유량계 초기 디자인의 한 제품은 각 운동량을 사용하여 작동되었습니다 (그림 5-1B). 유체를 일정한 각속도로 가속하여 각운동량(회전 운동)을 전달하는 모터 구동식 임펠러(impeller)가 있었습니다. 밀도가 높을수록 이 각속도를 얻기 위해 더 많은 각운동량이 필요했습니다. 구동된 임펠러의 하류에서 스프링식 고정 터빈이 이 각운동량에 노출되었습니다. 최종 토크 (스프링 비틀림)는 질량 유량의 표시였습니다.

이들 유량계는 모두 움직이는 부품과 복잡한 기계 설계가 적용되었습니다. 항공기 연료 측정을 위해 처음 개발된 일부는 여전히 사용 중입니다. 하지만 복잡한 특성과 높은 유지 보수 비용으로 인하여 점차적으로 보다 강력하고 관리 부담이 적은 디자인으로 교체되고 있습니다.

질량 유량은 일괄 계량 또는 정밀한 레벨 센서와 농도계를 결합하여 측정 할 수도 있습니다. 다른 방법으로는 2 개의 d / p 트랜스미터를 대기압 탱크의 하부에 다른 높이로 설치하는 것입니다. 이 경우, 상단 d / p 셀의 출력은 탱크의 레벨에 따라 달라지며, 반면 낮은 d / p 셀은 고정된 표고 거리 에서 정수두를 측정합니다. 이 압력 차이는 탱크 내부의 물질 밀도를 증가시킵니다. 이러한 시스템은 슬러리의 총 질량 유량을 측정하기 위해 사용되어 왔습니다.

진동관에 대한 코리올리 힘의 효과는 작습니다. 풀-스케일 유량은 단지 0.001 인치의 비틀림을 발생시킬 수 있습니다. 유량 범위가 100:1이 되도록 센서는 공정 압력, 온도 및 유체 밀도가 모두 변하는 산업 환경 및 파이프의 진동이 측정을 방해하는 곳에서 0.000001 인치의 정밀도로 비틀림을 감지할 수 있어야 합니다.

금속관의 탄성은 온도에 따라 변합니다. 금속관은 열을 받으면 탄성이 증가합니다. 해당하는 측정 오차를 제거하기 위해, 관 온도는 RTD 소자에 의해 계속 측정되고 관 탄성의 변동을 지속적으로 보상하는데 사용됩니다

상수는 다른 모든 액체에 대해 유효하기 때문에, 코리올리 질량 유량계는 일반적으로 물에 대해 교정됩니다. 밀도에 대한 교정은 일반적으로2개 이상의 알려진 밀도의 (정체된) 교정 유체로 관을 채우는 방식으로 진행됩니다.

코리올리 유량계는 최대 100:1의 질량 유량 범위에서 0.1-2%의 오차가 있습니다. 일반적으로 직선 관 디자인이 30:1 ~ 50:1의 한도와 낮은 정밀도의 특성이 있는 반면 곡선 관 디자인은 넓은 범위 (100:1 ~ 200:1)를 제공합니다. 전체 유량계 오차는 기본 오차와 제로-시프트 오차의 합계이고 이 오차는 제로(zero) 유량 조건에서 생성된 불규칙한 출력 신호에 기인합니다. 제로-시프트(Zero-shift) 오차는 오차 범위가 1% ~ 2 % 인 유량 범위 하단 총 오차의 주요 부분이 됩니다. 일부 제조 업체는 전반적인 정밀도를 유량 범위의 상단 부분에 대한 비율의 백분율로 표시하고 하단 부분에 대한 스팬(span)의 비율로 표시하는 반면, 다른 제조업체는 제로-시프트 오차에 백분율을 더하여 표시합니다. "뛰어난 사양" 이라는 단어는 상당히 많이 있어서, 서로 다른 기기들을 비교할 때는 기술 문서를 주의 깊게 읽어야 합니다.

밀도 측정에 사용되는 코리올리 측정의 일반적인 오차 범위는 0.002 ~ 0.0005 g/cc. 입니다.

오차는 공정 유체의 공기 또는 가스 포켓에 의해 발생합니다. 균일하게 분산된 작은 기포의 경우, 관을 진동시키기 위해 더 많은 전력이 필요하고, 반면 가스 위상이 액체와 분리되면 관 진동에 대한 감쇠 효과(그리고, 결과적으로, 오차)가 증가합니다. 작은 공극은 또한 관 내부 공정 액체의 출렁임으로 인해 소음을 유발합니다. 큰 공극은 관의 진동을 위해 필요한 에너지를 과도하게 증가시켜 고장을 발생시킬 수 있습니다. 유동관은 유량계 작동 중에 축, 굽힘 및 비틀림의 힘을 받기 때문에 공정 또는 주변 온도 및 압력 변동이 이러한 힘에 변화를 일으키면 성능이 영향을 받고 유량계의 재조정이 필요할 수도 있습니다.

공정 유체의 밀도 변화는 성능 저하 방지를 위해 이전 설계의 재-영점 조정(re-zeroing)을 필요로 하는 기계 시스템의 주파수 전달 기능에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 관 구성으로 인해 새로운 디자인은 광범위한 특정 중력 변동에 대한 밀도 변화에 영향을 받지 않습니다.

코리올리 유량계 (30:1 ~ 최대 200:1)의 넓은 범위로 인해, 동일한 유량이 2개 또는 3개의 서로 다른 크기의 유동관에 의해 측정될 수 있습니다. 가능한 가장 작은 미터를 사용하면 초기 비용을 낮추고 코팅을 줄일 수 있지만, 침식/부식율 및 헤드 손실이 증가하여 펌핑 및 작동 비용이 상승합니다.

파이프가 너무 크고 공정 유체가 저점도로 깨끗한 경우 크기 축소(관보다 작은 유량계 사용)가 가능합니다. 부식성, 점성 또는 연마성 슬러리 서비스의 경우 소형화를 권장하지 않습니다. 허용되는 유동관 크기 및 해당 압력 강하, 부정확성 및 유속 목록은 제조업체가 제공한 소프트웨어에서 확인이 가능합니다.

서로 다른 코리올리 유량계는 서로 다른 압력 강하를 야기하지만, 일반적으로 10 psid 미만에서 작동하는 기존의 체적 유량계보다 더 많은 것이 요구됩니다. (10 psid의 차이에서 1 GPM을 펌핑하는 연간 전기 비용은 약 U.S$ 5 달러입니다.) 높은 수준의 헤드 손실은 감소된 관 직경 및 유량의 우회 경로 때문입니다. 펌핑 비용 외에, 유량계가 저압 시스템에 설치되어 있거나, 캐비테이션(cavitation) 또는 기화 가능성이 있거나, 유체 점도가 매우 높을 경우, 헤드 손실이 우려될 수 있습니다.

비-뉴턴 유체의 점성은 유속의 함수입니다. 예를 들어, 딜레당트(Dilettante) 유체는 속도가 증가함에 따라 겉보기 점도(흐름에 대한 저항)를 증가시킵니다. 이 겉보기 점도는 정체되었을 때 점도보다 현저하게 높을 수 있습니다. 공급 업체에게 특정 파이프의 유동 점도에 대한 데이터를 제공하기 위해 파이프 피트 당 헤드 손실(펌프 크기 계산에 사용되는)을 근사값으로 사용할 수 있습니다.