질량 유량계: 원리, 종류 및 산업적 응용

산업 공정 제어, 과학 연구 및 상업 거래에서 유체 흐름의 정확한 측정은 매우 중요합니다. 온도와 압력 변화에 따라 측정값이 쉽게 왜곡되는 용적 유량계와 달리, 질량 유량계(MFM)는 파이프라인을 통과하는 유체의 질량을 직접 또는 간접적으로 측정하여 환경 조건에 관계없이 일관된 정확도를 보장합니다. 이러한 특성 덕분에 석유 정제에서 반도체 제조에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 필수적인 장비로 자리매김하고 있습니다.

핵심 원칙: 질량 유량계가 중요한 이유

질량 유량계의 주요 유형

1. 직접식 질량 유량계

• 코리올리 질량 유량계(CMFM): 높은 정확도의 표준으로 여겨지는 CMFM은 1832년에 처음 발견된 코리올리 효과를 이용하여 질량 유량을 측정합니다. 일반적인 CMFM은 전자기 코일에 의해 구동되는 두 개의 평행한 진동관(대개 U자형 또는 직선형)으로 구성됩니다. 유체가 이 관을 통과하면 질량 유량에 비례하는 비틀림력이 발생하고, 이 비틀림력은 관 양 끝에 있는 센서 사이에 위상차를 만듭니다. 이 위상차는 질량 유량으로 직접 변환됩니다. CMFM은 또한 유체 밀도(관 진동 주파수를 통해)와 온도(내장 센서를 통해)를 측정할 수 있어 액체, 기체 및 슬러리 등 다양한 유체에 적용 가능합니다. ±0.1% ~ ±0.5%의 정확도와 최소한의 직선 배관 설치 요구 사항으로 석유 거래 및 의약품 투약과 같은 중요한 환경에 적합합니다.
• 열 질량 유량계(TMFM): 가스 측정에 이상적인 TMFM은 열 전달 원리를 이용합니다. 가열 센서와 기준 센서의 온도 차이를 측정하는데, 유체가 흐르면 가열 센서가 냉각되고, 일정한 온도를 유지하는 데 필요한 에너지(또는 온도 강하량)가 질량 유량과 상관관계를 갖습니다. TMFM은 낮은 유량(예: 반도체 공정 가스)에서 탁월한 성능을 보이며, 넓은 측정 범위(최대 100:1)를 제공합니다. 그러나 열 전달이 비열 용량에 따라 달라지기 때문에 고점도 액체나 조성이 가변적인 가스에는 적합하지 않습니다.

2. 간접식 질량 유량계

• 용적 유량계 + 밀도계: 터빈식 또는 초음파식 용적 유량계는 유량을 측정하고, 밀도계(예: 진동식 포크)는 실시간 밀도 데이터를 제공합니다. 질량 유량은 용적 유량과 밀도의 곱으로 계산됩니다.
• 온도-압력 보상형 유량계: 밀도-온도-압력 관계가 알려진 유체(예: 천연가스)의 경우, 온도/압력 센서가 장착된 유량계는 측정값을 표준 조건에 맞춰 보정하여 질량 유량을 간접적으로 산출합니다. 이러한 유량계는 비용 효율적이지만 직접식 질량 유량계보다 정확도가 떨어지며, 중요도가 높지 않은 산업 모니터링에 적합합니다.

산업적 적용 분야 및 선정 기준

• 석유 및 가스: CMFM은 정유소에서 정확한 연료 투입을 보장하고 원유 거래의 정확성을 확보합니다.
• 화학물질: TMFM은 독성 또는 부식성 가스 흐름을 모니터링하는 반면, CMFM은 폴리머와 같은 점성 액체를 처리합니다.
• 식음료: 위생적인 ​​CMFM(316L 스테인리스 스틸 튜브 포함)은 오염 위험 없이 식용유 또는 유제품을 측정할 수 있습니다.
• 반도체: TMFM은 칩 제조 과정에서 초순수 가스(예: 질소, 아르곤)의 흐름을 제어합니다.

• 유체 특성: 부식성, 점도 및 상(액체/기체/슬러리)은 재료 호환성을 결정합니다(예: 산성 환경에는 하스텔로이 합금 사용).
• 정확도 요구 사항: 거래에 중요한 작업에는 CMFM이, 일반적인 모니터링에는 경제적인 간접 MFM이 필요합니다.
• 설치 제약 조건: TMFM은 최소한의 공간만 필요로 하는 반면, CMFM은 직선 배관 설치 공간이 제한적입니다.