[논문]소형 코리올리 질량 유량계의 개발

임기원; 지정근

doi:10.3795/ksme-b.2006.30.6.497

소형 코리올리 질량 유량계의 개발
Development of Small Size Coriolis Mass Flowmeter 원문보기

A Coriolis mass flowmeter(CMF), which has U-Shaped unique measurins tube was developed fo. direct mass flow measurement. In order to convert the time difference between two measuring tubes motion into mass flowrate and flow quantity, a signal processing circuit, as a part of CMF, was also developed. The CMF was designed as the 15 mm nominal diameter of pipe connection and the 8 mm stainless steel(sus 316) pipe was used for measuring tube. To maximize the flow signal(time difference) from the measuring tubes, the natural frequency of measuring tube was adjusted as 220 Hz, which is same as the frequency of exciter. The maximum displacement at the end of the measuring tube was measured as 0.05 mm and the maximum time difference between two measuring tubes was observed as $20{\mu}s$, which was proper for discrimination and measuring range of CMF. The developed CMF was tested against the gravimetric flowmeter calibrator in the range of 3 kg/min and 30 kg/min. The results showed that the CMF has good linearity and repeatability in the tested flow range. Large size of CMF base on the current study experience will be developed.

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문제 정의

본 연구의 개발 목표는 U 자형 측정관이 몸체에서 비틀림 힘을 받아 진동하며 고유진동수는 약 220 Hz 인 고유 모델의 CMF 의 제작이고, 측정유량범위는 3~30 kg/min, 반복성 ± 0.4 % 이내이다. 한국표준과학연구원과 하이트롤의 공동연구로 수행됐으며 본 논문은 관로 직경 15 mm 인 CMF 에 대한 개발의 결과를 정리한 것이다.
4 % 이내이다. 한국표준과학연구원과 하이트롤의 공동연구로 수행됐으며 본 논문은 관로 직경 15 mm 인 CMF 에 대한 개발의 결과를 정리한 것이다.

제안 방법

(1) 공칭 직경 15 mm 인 CMF 의 기계장치부, 신호처리부 및 신호처리를 위한 프로그램을 개발하였으며, 이를 통하여 설계 및 제작 기술을 확보하였다.
그런데 감지센서에서는 일정한 시간차를 유지하여야만 적절한 측정범위와 분해능력을 유지할 수 있다. 가진기가 부착된 위치에서 측정관은 최대 변위는 0.05 nun 정도로 유지되도록 하였고 고속카메라로 촬영하여 크기를 확인하였다. 이때 설계된 변위는 재질의 탄성영 역의 1 % 이내이었고, 시간차는 최대 설계 유동율에서 20 s 가 유지 된다.
경계조건에 따라 진동특성이 변하므로 응력을 제거호).기위해 용접 후 열처리하였다. 측정관 2개의 진동은 좌우로 균형이 이루어져야하므로 열처리가 완료된 '기계 장치 부를 사전 '검사한 후 감지 센서 와 가진기에 질량을 부가하여 균형을 이루도록 하였다.
있다. 따라서 CMF 가 설치된 장소에서 질량 유량을 직접 표시하거나 원거리로 전송하여 제어신호로 활용이 가능하도록 하였다.
본 연구에서는 Fig. 8 과 같은 교정장치의 기준질량 유량계를 이용하여 시제품 CMF 를 조정하고 특성을 확인하였다. 교정장치의 측정원리는 기준유량계와 시제품 CMF 사이에 누설이 없으면 연속법칙에 따라서 2개의 측정값이 같아야 한다.
사전 검사과정에서 부가질량을 이용하여 고유진동수를 가진 주파수 220 Hz 에 가깝도록 조정하였다. 사전검사에서 조정된 고유진동수는 실제로 유체를 측정할 때는 질량이 증가하기 때문에 고유진동수가 감소하게 된다.
시제품 CMF 는 보정인자의 조정값을 입 력한 다음 중량식 유량계 교정장치)로 교정하고 특성을 확인하였다. 중량식 교정장치는 ISO 에서 권고하는 방법)에 따라 불확도를 평가했으며, 이때 질량유동량 측정 불확도는 0.
유량계 교정장치를 이용하여 시제품 CMF 를 교정한 결과이다. 실험 방법으로 서시 제품 CMF 의 유동량 측정값과 교정장치의 수집 탱크에 수집된 유체의 측정값을 비교하였다. 유동율을 1 kg/min 에서 30 kg/min 까지 변화시키면서 실험했으며, 상대적으로 작은 유동율에서는 유동율의 간격을 줄여서 실험하였다.
05%이었다. 실험 방법은 유동율 조절밸브로 시제품의 설계 유동율 범위 에서 조절하고, 정지 밸브(stop val.,e)로 각각의 유동율에서 기준유량계와 시제품 유량계의 측정값을 비교하였다.
측정관의 .안정된 진동을 유지하기 위해 Fig. 4 에서 볼 수 있듯이 측정관이 부착된 몸체에서 비틀림 힘을 받도록 설계하였다. 이는 Fig.
실험 방법으로 서시 제품 CMF 의 유동량 측정값과 교정장치의 수집 탱크에 수집된 유체의 측정값을 비교하였다. 유동율을 1 kg/min 에서 30 kg/min 까지 변화시키면서 실험했으며, 상대적으로 작은 유동율에서는 유동율의 간격을 줄여서 실험하였다.
기위해 용접 후 열처리하였다. 측정관 2개의 진동은 좌우로 균형이 이루어져야하므로 열처리가 완료된 '기계 장치 부를 사전 '검사한 후 감지 센서 와 가진기에 질량을 부가하여 균형을 이루도록 하였다. .
케이싱으로 밀봉한 모습이다. 케이싱으로 밀봉하기 전에 내부에는 질소가스를 주입하여 발열에 의한 코일의 특성변화와 오랜 시간 진동으로 인한 측정관 재질의 탄성계수 등 기계적인 변화를 방지하도록 하였다. 케이싱은 측정관이 부착된 몸체와 용접되어 일체형으로 제작되었으며 외부의 기계적인 진동으로부터 절연이 되도록 내부의 4 각 파이프와 외부의.

대상 데이터

.접속구경은 15 mm(l/2 inch), 측정관의 직경은 8 mm 이고 재질은 sus 316 을 사용하였다. 기계장치부는 플랜지와 측정관이 몸체에 연결되어 있고, 입구로 유입된 유체는 내부에서 2개의 측정관으로 나뉘 어'유동하게 되며 측정관은 양 쪽에 동일한 질량 유량이 유동한다.

성능/효과

(2) 시제품은 중량측정법의 교정장치로 특성을 확인한 결과, 10:1의 유동율 범위(3 kg/min~30 kg/n)에서 반복성은±0.1 ~ ±0.4 %를 보였다.
(4) 소형 CMF 의 개발 과정에서 얻은 경험을 바탕으로 50 mm 이상의 CMF 에 대한 설계 및 신호처리 기술과 측정정확도 향상을 위한 데이터를 확보 할 수 있었다.
개발된 CMF 의 고유진동수는 220 Hz 로 설계 했으며 같은 가진 주파수 진동시키고 고유 진동수를 측정해 본 결과 210~230 로 나타났다. 사전 검사과정에서 부가질량을 이용하여 고유진동수를 가진 주파수 220 Hz 에 가깝도록 조정하였다.

후속연구

활용이 가능하다고 판단된다. 다만 실험실의 조건이 아니라 산업현장과 같은 다양한 조건의 실험환경에서 장기 안정성에 대한 실험이 보완되어야 할 것이다. 특히 CMF 는 100 t 이상의 고온액체나 고점도 액체를 측정할 수 있는 장점이 있으나 실용화를 위해서는 측정성능의 안정성을 확인하는 것이 필요하다.

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