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에너지관리기사 열설비 · 유량계와 액면계

Flow and Level Instruments

유량계는 연료 · 급수가 얼마나 흐르는지를, 액면계는 보일러 · 탱크에 얼마나 차 있는지를 재는 계측기다. 차압식 · 면적식 · 용적식 · 전자식 유량계의 원리, 유량이 차압의 제곱근에 비례하는 관계, 유리관식 · 차압식 · 플로트식 · 전극식 액면계를 다룬다. 첫 그림은 오리피스 유량계와 차압 · 유량 곡선이고, 차압 Δp 슬라이더(4 ~ 100 kPa)를 옮기면 유량 상대값이 제곱근으로 바뀌어요. 둘째 그림은 고른 액면계가 수위를 알아내는 방식이고, 액면계 버튼으로 네 방식을 바꿔 볼 수 있어요.

얼마나 흐르는가, 얼마나 차 있는가

연료와 급수가 얼마나 흐르는지는 유량계로, 보일러와 탱크에 얼마나 차 있는지는 액면계로 잰다. 유량은 조임으로 만든 차압에서, 액면은 압력차나 부표 · 전극으로 알아낸다.

👀 유량계와 액면계의 큰 갈래
①차압식 유량계는 오리피스 · 벤투리 · 플로 노즐로 조여 만든 차압으로 유량을 구한다
②면적식(로터미터)은 부자가 뜨는 높이로 유량을 지시한다
③용적식 · 터빈식 · 전자식 · 초음파식처럼 직접 재는 형식도 있다
④액면계에는 유리관식 · 차압식 · 플로트식 · 전극식 · 정전 용량식이 있어요

차압식 유량계: 유량은 차압의 제곱근

25 kPa
지금 유량(상대값)
Δp = 25 kPa → Q = 50.0
Q = 유량 계수 × √Δp
📏 제곱근 관계에서 오는 실무 주의점
①유량은 차압의 제곱근이라 적은 유량에서는 차압이 아주 작다
②그래서 차압식은 잴 수 있는 유량 범위(레인지어빌리티)가 좁다
③유량을 2배로 하려면 차압은 4배가 필요하다
④오리피스가 가장 경제적이고, 벤투리는 압력 손실이 작아요

액면계: 수위를 알아내는 네 가지 방식

💡 상황에 맞는 액면계 고르기
①유리관식은 간단하고 바로 보이지만 고압 · 대형 탱크에는 맞지 않는다
②차압식은 압력차로 재므로 밀폐 · 가압 탱크 수위 측정에 강하다
③플로트식은 구조가 간단하고 넓은 범위를 연속으로 지시한다
④전극식은 상 · 하한 경보와 급수 제어(온오프)에 많이 써요

유량계 분류와 핵심 식

유량계 분류

측정 원리에 따른 유량계 분류
차압식 유량
Q = C·A·√(2Δp/ρ)
C = 유량 계수, A = 조임부 면적, Δp = 차압, ρ = 밀도
유량과 차압
Q ∝ √Δp
차압이 4배면 유량은 2배(제곱근 관계)
차압식 액면
h = Δpρ·g
바닥과 위쪽의 압력차로 액면 높이를 환산

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①차압식 유량계는 Q = C·A·√(2Δp/ρ) 이고, 유량은 차압의 제곱근에 비례한다
②차압 4배면 유량 2배라서 잴 수 있는 범위(턴다운)가 좁다
③오리피스는 경제적이지만 손실이 크고, 벤투리는 손실이 작고, 플로 노즐은 그 중간이에요
④액면계에는 유리관식 · 차압식 · 플로트식 · 전극식이 있다
⑤전극식은 상 · 하한 수위 검출과 급수 온오프 제어에 써요
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 차압식 유량계에서 차압이 4배가 되면 유량은? (답: 2배, 제곱근 관계)
②[기출유형] 압력 손실이 가장 작은 차압식 조임 기구는? (답: 벤투리관)
③[기출유형] 전기가 통하는 액체에 닿으면 통전해 수위를 검출하는 액면계는? (답: 전극식)
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