[기계공학] 피토튜브왿� 부자식 유량계를 통한 유량측정

1. 목 적
유체가 흐르는 임의의 단면에서, 유체의 체적 또는 질량의 시간에 대한 비율을 유량이라고 한다. 유량은 직접 측정하는 방식과 국부유속을 측정하고 유로단면에 대하여 유속을 적분하여 유량을 구하는 방식으로 구분할수 있다. 본 실험에서는 유량을 직접 측정하는 방식 중에서 부자식(float type)
유량계왿� 오리피스(orifice) 유량계 그리고 유속을 측정하는 방식 중 피토 튜브(pitot tube)의 동작원 리왿� 사용 방법을 이해한다.

2. 이 론
1) 부자식(float type) 유량계

위 그림은 부자식 유량계인 로타미터(rotameter)로서 수직으로 장치되어 상부에 열린 테이퍼관과 부자로 구성되며, 관의 하부에서 상부로 향하여 유체를 흘리면 유동은 부자에 의해서 죄어지고 그 상하에 차압이 발생한다. 이 차압으로 부자는 위로 밀려 올려지고 그 힘과 부자의 중량이 평형을 이루는 위치에서 정지한다. 즉, 어느 위치에서 부자가 정지하고 있을 경우, 이것의 상하 압력을 각각 P1, P2, 유체의 비중량을 r, 부자의 비중량 r(f), 체적을 V(f)라 하면 부자에 작용하는 부력이 rV(f)이므로 유체 중에서 부자의 무게는 W(f)=r(f)V(f)-rV(f)=(r(f)-r)V(f)이다. 이것과 부자 상하의 차압P1-P2 왿� 균형이 잡혀져 있으므로 부자의 단면적을 a라 하면,
(P1- P2)a = W(f)
또는 (P1- P2) = W(f)/a
가 성립되고, 관의 임의 위치의 단면적을 A라 하면, 유체의 통로 단면적이 (A-a) 이므로, 유량계수를 C라 할 때, 체적유량과 질량유량은 각각 다음과 같다.
체적유량: G = C(A-a)(2g*W(f)/r*a)½

질량유량: Q = C(A-a)(2g*r*W(f)/a)½
A를 제외한 여러핪들은 미리 정해져 알 수 있으므로, 면적 A 왿� 부자의 높이가 비례하도록 테이퍼관을 만들면 부자의 위치에 의하여 유량을 알 수 있다. 부자식 유량계는 작은 유량을 측정할 수 있고, 측정범위가 넓으며 구조가 간단하고 압력손실이 작으며 거의 일정하다는 장점이 있다. 유량 통과면적이 수직방향으로 변하기 때문에 가변 면적식 유량계라고도 한다.