어떻게 작동하나요?
소리는 액체 흐름의 유량을 측정하는 데 매우 유용하며, 특히 사람의 귀가 들을 수 있는 주파수 범위를 넘어서는 주파수를 가진 초음파는 더욱 그렇습니다. 몇 가지 초음파 유량 측정 원리가 존재하며, 따라서 초음파 유량계는 매우 다재다능합니다. 초음파 기술을 기반으로 하는 초음파 유량계와 도플러 효과 및 통과 시간 원리와 같은 보다 전통적인 초음파 유량 측정 원리를 기반으로 하는 초음파 유량계를 구분할 수 있습니다. 이러한 측정 원리가 모두 순수한 액체의 저유량에 적합한 것은 아닙니다.
이 주제에 대해 자세히 알아보겠습니다:
기존 초음파 유량 측정 원리
의학계에서 초음파 이미징은 인체 내부를 들여다보고 장기를 볼 수 있는 방법입니다. 초음파 이미징의 파생 기술로서 동맥이나 정맥의 혈액 유속을 측정할 수 있어 혈관의 수축을 감지하는 데 유용합니다. 여기에는 기존의 도플러 효과가 적용되어 유속을 측정합니다.
초음파 유량계 작동 원리 - 도플러 효과
도플러 이동이라고도 하는 이 도플러 효과는 사이렌을 울리는 구급차가 지나가는 소리를 들었을 때 경험할 수 있는 일상 생활에서 잘 알려진 현상입니다. 구급차가 다가올 때 사이렌 소리가 높아졌다가(높은 음 주파수) 구급차가 지나가고 멀어지면(낮은 주파수) 갑자기 낮아지는 것을 본 적이 있을 것입니다. 이는 '이미터'가 특정 속도로 사용자 쪽으로 움직일 때 음파가 어느 정도 압축되어 주파수가 높아지고 따라서 톤이 높아지기 때문으로 설명됩니다. 마찬가지로 이미터가 멀리 이동하면 음파가 팽창하여 낮은 톤을 제공합니다.
초음파 영상에서 혈류 속도를 측정할 때도 이와 비슷한 현상이 발생합니다. 혈관 내 적혈구와 같이 움직이는 입자가 초음파를 반사하면 초음파 주파수가 변합니다. 주파수의 변화는 움직이는(그리고 반사하는) 입자의 속도와 직결되므로 이 주파수 변화는 반사하는(그리고 움직이는) 입자의 유속, 따라서 이러한 입자가 포함된 유체의 유속을 측정할 수 있습니다. 이는 액체 유속 측정에 대한 도플러 효과의 한계를 보여줍니다. 액체에는 초음파를 반사하는 입자(고체 입자 또는 기포)가 포함되어 있어야 합니다. 따라서 이 기술은 입자가 없는 액체에는 유용하지 않습니다.
초음파 유량계 작동 원리 - 도플러 효과
초음파 유량계 작동 원리 - 통과 시간 원리
초음파 유량계 작동 원리 - 통과 시간 원리
흐르는 액체의 입자에 의존하지 않는 유량 측정에 초음파를 사용하는 또 다른 일반적인 방법은 유체 튜브의 한쪽에 초음파 이미터를 배치하고 튜브를 대각선으로 가로질러 센서를 배치하는 것입니다. 액체가 튜브를 통과할 때, 이미터에서 센서까지 상류 및 하류 방향으로 초음파가 통과하는 시간의 차이는 액체 유속을 직접적으로 측정할 수 있습니다. 튜브의 알려진 단면과 결합하여 체적 유량을 계산합니다.
통과 시간을 기반으로 한 유량 측정은 실질적으로 측정 가능한 통과 시간 차이가 있는 대구경 파이프와 높은 유량 범위에서 가장 효과적이며, 소구경 튜브와 낮은 유량에서는 적합하지 않습니다. 소구경 튜브에서 발신기에서 수신기로 이동하는 소리는 매우 작은 시간 대역을 가지게 되며, 센서 튜브의 직경이 작기 때문에 측정이 더 어려워집니다.
이는 (초)음이 유량 측정에 사용될 수 있음을 보여주지만, 도플러 효과 또는 기존의 통과 시간을 적용하는 원리는 순수한 유체나 낮은 유량에는 적합하지 않습니다. 이를 위해 초음파 기술이라는 또 다른 솔루션을 사용할 수 있습니다.
초음파 기술
분당 0.4리터 이하의 낮은 유속을 가진 순수(및 비순수) 액체의 유량 측정은 어떻게 수행하나요? 이를 위해 장애물이나 데드 스페이스가 없는 매우 작은 직선형 센서 튜브 내부의 초음파 전파를 기반으로 하는 기술이 적합하며, 낮은 유량을 허용합니다.
실제로는 다음과 같이 작동합니다. 유체가 센서 튜브를 통해 흐릅니다. 센서 튜브의 외부 표면에는 여러 개의 트랜스듀서 링이 튜브를 따라 방사형으로 배치되어 진동에 의해 초음파 음파를 생성합니다. 모든 트랜스듀서가 송수신할 수 있으므로 모든 업스트림 및 다운스트림 조합이 기록되고 처리됩니다. 트랜스듀서 간의 상호 간격을 충분히 크게 하면 기록 간의 통과 시간 차이가 나노초 범위에서 충분히 커서 유체의 안정적인 유속을 계산할 수 있습니다. 이 효과는 스마트한 방식으로 방해 음파를 필터링함으로써 더욱 향상됩니다.
초음파 기술
초음파 유량 측정 기반의 브롱크호스트 유량계
초음파 유량 측정 기반의 브롱크호스트 유량계
모든 액체를 위한 다목적 유량계입니다: 공정 조건이 변화하거나 첨가제 또는 용제와 같은 다양한 액체를 사용하십니까? ES-FLOW 기술은 유체에 독립적이므로 유체가 바뀌어도 재교정이 필요하지 않습니다. 데미 워터나 오일과 같은 비전도성 액체도 측정할 수 있습니다.
컴팩트한 내재적 위생 설계: 세척 과정은 꽤 많은 시간이 소요될 수 있습니다. 하지만 이 제품은 불감 부피가 없고 내부 부피가 작은 직선형 센서 튜브 설계 덕분에 입자가 기기를 막을 가능성이 적습니다. 이러한 설계 덕분에 세척 절차가 쉽고 빠르며 결과적으로 프로세스 중단 시간이 제한됩니다.
고급 신호 처리: 온보드 PID 컨트롤러는 모든 제어 밸브 또는 펌프를 구동하는 데 완벽한 선택입니다. 이를 통해 응답 시간이 빠른 완전하고 컴팩트한 제어 루프를 구축할 수 있습니다. ES-FLOW는 독립형 도징 장치로도 작동할 수 있습니다.
고객 프로세스에서의 초음파 유량계
제과 산업, 사탕 생산 분야
장애물이나 데드 스페이스가 없고 자체 배수 기능이 있는 직선형 센서 튜브는 식음료 가공에 필요한 위생 기준을 충족합니다. 따라서 이 분야는 초음파 유량계 ES-FLOW가 적용되는 응용 분야 중 하나입니다. 이 계기는 사탕 생산 공정에 첨가제로 공급되는 measure the amount of colouring & flavouring agent 산의 HVOF spraying solutions 공정 품질 관리를 개선하는 데 사용됩니다.
HVOF 스프레이 공정의 초음파 유량계
ES-FLOW 초음파 유량계 시리즈는 마모, 부식 및 온도 저항성을 개선하는 코팅을 적용하기 위해 mixing systems for mRNA vaccine production 사용됩니다. 이 어플리케이션에서 ES-FLOW는 원하는 공정 압력을 얻기 위해 펌프를 제어하여 코팅 품질과 두께를 더 잘 제어할 수 있습니다.
mRNA 백신 생산용 초음파 유량계 ES-FLOW
mRNA 백신 생산을 위한 혼합 시스템에서 ES-FLOW 초음파 유량계는 여러 배치 사이에 액체 세척제를 사용하여 공정 라인을 세척할 수 있도록 CIP(제자리 세척) 목적으로 사용됩니다.
