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수위계의 종류와 원리 및 특징에 대해서
[ 수위계의 종류 및 원리, 특징 ]
수위란? 어떤 기준면에서 수면의 높이(레벨)를 계측합니다.
수위계란? 수위를 계측하는 계측기기(센서)입니다.
하천, 댐, 조위, 공장, 농업용수, 조정지, 수처리 시설, 저수지, 사방(砂防) 등의 수위를 파악하는 것을 목적으로 감시·관측을 하고 있습니다.
또한 수위계는 위기 관리형 수위계로 사용되고 있으며, 수위 관측소에서 정하고 있는 범람 위험 수위 및 범람 주의 수위도 기준 면에서의 높이(레벨)를 기준으로 계측 감시하고 있습니다.
수위계로 사용되는 센서의 종류는 크게 접촉식과 비접촉식으로 나뉘며 접촉식은 플로트식·가이드로프식·정전용량식·압력식·차압식 등이 있으며, 비접촉식은 전파식·초음파식이 있습니다.
[ 1.전파식 수위계 ]
원리
전파식 수위계는 비접촉식 레벨계입니다. 마이크로파 레벨계라고도 합니다.
센서에서 발신한 마이크로파 펄스가 측정물에서 반사되어 센서로 돌아올 때까지의 시간을 계측하여 거리로 환산합니다.
특장점
○ 온도나 가스의 영향을 받지 않습니다.
○ 전파는 투과성이 있기 때문에 분진이나 증기의 영향을 잘 받지 않습니다.
○ 전파는 증기와 같은 작은 입자의 영향을 잘 받지 않는 성질이 있습니다.
○ 공기 진동을 전파 원리로 하지 않기 때문에 바람의 영향을 받지 않고 계측할 수 있습니다.
단점
○ 비유전율이 낮은 측정물은 반사파가 약해 투과하여 측정할 수 없는 경우가 있습니다.
○ 증기는 탱크 천장에서 결로가 되어 영향을 미칠 수 있습니다. 특히 내압이 높은 경우, 결로는 물방울이 아닌 수막이 됩니다.
전파는 수막을 투과할 수 없고 계측할 수 없습니다.
그런 경우에는 에어 퍼지가 효과적입니다.
[ 2. 초음파 레벨계 ]
원리
초음파를 사용한 비접촉식 레벨계입니다.
초음파식 레벨계는 센서에서 초음파 펄스가 발신되어 측정물에서 반사되어 센서로 돌아올 때까지의 시간을 계측하여 거리로 환산합니다.
특장점
○ 비교적 저렴한 가격으로 비접촉식으로 레벨 계측을 할 수 있습니다.
단점
○ 분진, 증기, 가스가 발생하면 공기 진동을 방해하고 초음파를 감쇠시키기 때문에 계측값의 오지시 현상으로 연결됩니다.
분진이나 증기로 시야가 나빠 액면이 보이지 않는 환경에서는 초음파 이용을 권장하지 않습니다.
○ 증기는 발신면의 결로를 발생시켜, 노이즈 반사의 발생이나 반사파의 감쇠로 연결되어, 계측값의 오지시의 원인이 됩니다.
○ 측정 영역 내에서 온도 차이나 가스 등의 발생이 있으면 음속이 변화하여 오차가 발생합니다.
[ 3. 플로트식 레벨계 ]
원리
플로트식 레벨계는 스테인리스 테이프에 매단 플로트를 액면에 띄워 액면의 레벨 변동을 확인 할수 있습니다.
테이프의 길이를 상시 확인하여 거리를 계측하고 있습니다.
플로트 스프링 밸런스식, 씰 파이프식, 카운터 웨이트식이 있습니다.
특장점
○ 구조가 간단하며 정밀도, 내구성가 좋고 크고 작은 탱크의 액면 검출에 널리 이용됩니다.
단점
○ 부착의 영향을 받습니다. 액중에 오염물이나 부유물이 있으면 점차 가동부에 부착이나 고착을 일으켜, 플로트의 가동을 방해해 오작동이나 검출 불가로 연결됩니다.
예를 들어 투입 제어 등에 사용하는 경우 플로트가 움직이지 않아 액면을 인식하지 못하고 오버플로를 일으킬 위험이 있습니다. 약품탱크 등의 경우 공기에 노출되어 있는 부분에서 결정화가 발생하여 비슷한 상황에 빠지는 경우가 있습니다.
○ 소모품이 많고 유지보수가 정기적으로 필요합니다.
○ 플로트 고형물의 퇴적에 의한 오차가 있습니다.
○ 방파관 내에서 이용할 경우 부착의 영향으로 플로트의 움직임이 나빠져 오작동하는 가능성이 있습니다.
[4. 가이드로프식 레벨계 ]
원리
가이드 로프식 레벨계는 탱크 천장에서 탱크 내로 늘어뜨린 로브를 따라 마이크로파 펄스가
발신되어 측정물에서 반사한 마이크로파가 센서로 돌아올 때까지의 시간을 측정하여
거리로 환산했습니다.
특장점
○비접촉식 초음파나 마이크로파 레벨계와 같이 방사각이 없고 좁은 장소에 설치하는데 적합합니다.
단점
○ 프로브에 심하게 부착되면 오동작 할 가능성이 있습니다.
○ 와이어의 구부러짐 현상이나 소선 끊김, 부착이 발생하면 노이즈의 반사가 발생하여 오동작을 하기 쉬워집니다.
○ 액중에 오염물이나 부유물·결정화 성분이 있으면 점차 프로브에 부착되어노이즈 반사파의 발생으로 연결됩니다.
그 결과 올바른 반사파를 검출하지 못하고 동작하여 탱크가 비워져 있는데 가득차 있다고 오동작 하는 현상으로 이어질 위험이 있습니다.
[ 5. 정전용량식 레벨계 ]
원리
정전 용량식 레벨계는 정전 용량식 레벨 미터라고 불리는 경우도 있습니다.
탱크 천장에서 탱크 내로 늘어뜨린 프로브 전극과 탱크 벽으로 콘덴서를 형성하고 있습니다.
전극 사이에 측정물이 들어가면 그 양에 비례하여 정전용량이 변화. 이를 측정하여 저장레벨로 환산합니다.
특장점
좁은 장소에서의 측정에 적합합니다.
단점
○ 접촉식으로 이물질이 혼입될 가능성이 있습니다. ○ 탱크를 비우고 0점 조정을 해야 합니다.
○ 비유전율이 변화하는 측정물은 오차가 발생합니다.
[ 6. 압력식 레벨계]
원리
압력식 레벨계는 액체에 의한 압력의 변화를 다이어프램이 파악해 저장 레벨로 환산합니다
단, 탱크 내 압력이 대기압이라는 조건에서 이용하게 됩니다.
특장점
설치 공간이 좁은 장소에도 설치하기 쉽다.
단점
○ 액체 안에 기포가 많으면 압력이 일정하지 않아 정밀도가 나빠집니다.
○ 부착이나 고형물의 침강이 많으면 정밀도가 나빠집니다.
○ 액체의 비중으로 압력이 변하는 경우 교정이 필요합니다.
○ 유지보수를 하려면 탱크를 비워야 합니다.
○ 하천 등의 수위계측에서 이용할 경우 호우에 따른 탁류로 흘러간 잔해나 유목 등이 센서에 충돌하여 고장이 날 우려가 있습니다.
[ 7. 차압식 수위계 ]
원리
차압계는 압력을 계측하는 다이어프램 외에 탱크 내압을 계측하는 다이어프램 두 가지로 구성됩니다.
액체 압력에서 탱크 내압을 빼는 것으로 저장 레벨을 산출합니다.
특장점
탱크 내 압력 변화의 영향을 받지 않고 측정 할 수 있습니다.
단점
○ 안에 기포가 많으면 압력이 일정하지 않아 정밀도가 나빠집니다.
○ 부착 및 고형물의 침강 등 많으면 정밀도가 나빠지게 됩니다.
○ 액체의 비중으로 압력이 변하는 경우 교정이 필요합니다.
○ 유지보수를 하려면 탱크를 비워야 합니다.
※더 구체적인 내용문의는 아래의 문의를 작성해 드리면 연락을 드리겠습니다.
