유량센서는 액체와 기체 등 유체의 흐름을 측정하는 센서이다. 유량은 압력, 온도, 레벨 등과 함께 산업현장에서 가장 많이 측정되는 측정량 중의 하나로, 가장 측정하기 까다로우며 그 방법도 정밀측정용, 공정용 등 측정 목적과 액체, 기체, 증기, 유체의 물성에 따라 매우 다양하다. 유량 측정은 다릉 측정량과는 달리 직접 유량을 측정하는 방식은 매우 적으며 다른 물리량을 측정하고 이 측정된 정보로부터 유량을 산출하는 방식이 대부분이다.[1]
공기유량센서
자동차에서 엔진에 흡입되는 공기량은 스로틀 밸브의 열림량과 흡기관 내의 압력, 엔진 회전수에 따라 대략 결정되므로 각각의 값을 검출하기 위한 센서를 총칭해서 유량센서라고 한다. 에어플로우 센서라고도 한다. ECU에서는 이 유량센서에 의해 기본 연료 분사량을 연산한다.[2] 연료개질장치를 수반하는 고체고분자형 연료전지(PEFC)는 개질기와 연료전지 자체의 효율을 적정하게 평가하기 위해 장치에 투입되는 원 연료의 공급량을 계측할 필요가 있고, 개질 시에 생성되어 전지촉매의 성능에 악영향을 미치는 일산화탄소 농도를 낮추기 위한 공기유량 제어도 필요하다. 연료전지 시스템의 적절한 운전과 고효율 측면에서 가스나 공기의 유량계측은 매우 중요하며, 보급을 위해 소형화와 낮은 비용, 양산성이 우수한 유량센서가 요구되어 왔다. 그러나 실제로는 주변온도의 변화와 배관방식에 의한 유입조건, 맥동발생 등에 따라 적용이 쉽지 않았다. 이에 따라 이러한 과제를 해결하고, 모든 환경에서 정밀한 유량계측을 할 수 있는 센서 디바이스를 이용한 MEMS 유랑센서가 개발되었다. 연료전지 시스템의 유량계측은 연료가스 유입원, 배관방법, 온도변화와 같은 여러 요인이 계측 시에 영향을 미친다. MEMS 유량센서에서는 이러한 영향을 줄이기 위한 대책을 강구하고 있다. 유량센서의 출력은 히터의 상류측과 하류측 사이의 온도차에 의존하기 때문에 양호한 온도 특성을 얻기 위해서는 히터온도를 주변온도보다 일정한 수준으로 높게 유지하고 히터 상·하류의 온도차가 주변온도에 의존하지 않도록 해야 한다. MEMS 유량센서는 센서 디바이스 부근의 난류나 불균일한 유속분포를 해소하기 위해 최적의 유로를 설계하며, 상류배관을 어떤 방향에서 접속해도 같은 유량의 출력변동을 받는다. 따라서 MEMS 유량센서는 유입부에 직관 배관만을 설치하지 않고 연료전지 시스템의 배관설계 자유도를 높여 공간절약을 실현할 수 있다. 연료전지 시스템에 사용되는 블로어(blower)와 같은 공급원에 따라서는 발생유량이 주기적으로 변하는 맥동현상이 나타난다. 이런 맥동환경에서는 정확한 유량계측이 곤란하므로 일부 MEMS 유량센서에서는 센서 디바이스 하류측에 오리피스를 설치하여 맥동영향에 의한 출력 불안정 현상을 제어하는 구조를 채용하고 있다.[3]
유량센서의 종류
반도체 기술을 이용한 유량 및 유속센서는 열선 유속계에서 발전되어왔다. 반도체 산업이 급속히 발달하고 마이크로머시닝 기술(micromachining technology)이 최근
개발됨에 따라 저렴한 가격으로 대량 생산할 수 있는 센서의 개발이 가능하게 되었다. 열선 유속계의 유체에 의한 열선의 방열 효과 원리가 반도체를 이용 한 유량 및 유속센서에도 그대로 적용되며 열선 대신 박막을 이용한 연구가 진행되고 있다.
전자기 유량 센서도 유량을 직접 측정하는 방식이 아니고 기전력을 측정하며 이 측정된 기전력을 이용하여 유량을 산출하는 방식을 택하고 있다
초음파 유량 센서는 시차 방법, 주파수 차 방법, 도플러 방법 등이 개발되어 실용화되었다, 정확도는 다른 정확한 유량 센서에 비하여 뒤떨어지는 편이지만 비접촉으로 유량을 측정할 수 있다는 초음파 유량 센서 특유의 장점을 살려 많이 적용되고 있는 편이다.
이들 유량센서는 측정원리가 각각 다르고 정확도, 측정범위 등이 달라 유량측정 목적, 유체의 종류, 요구되는 정확도, 측정범위, 경제성을 고려하여 가장 적합한 유량 센서를 선정하여야 한다. 선정된 유량 센서는 유량센서가 요구하는 설치조건에 맞게 전 후단의 직관 부가 잘 형성되고 기포가 생성되지 않는 지점에 설치하여야 한다. 또한 유량 센서는 사용환경에 따라 그 특성 변화가 다르므로 일정 주기마다 교정검사를 받아야만 이 측정 오차를 최소화하고 신뢰성을 유지할 수 있다.
각주
참고자료
같이 보기
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