최근 떠오르고 있는 유량계 중 하나인 외벽부착식 미소유량용 초음파유량계를 소개하고자 한다. 현재 여러 바이오 및 제약회사에서는 각종 화학물질로 인해, Steel 재질의 배관을 사용하지 못하고 있다. 또한 배관크기가 작으며, 유량도 작은 편이다. 이에 기존의 유량계로는 측정에 어려운 부분이 많았다. 하지만 새롭게 출시된 E사의 외벽부착식 초음파 유량계는 이런 문제점을 해결했다.
외벽부착식 초음파유량계의 장점으로는 배관 수정이 필요 없으며 유지보수가 아주 용이해 사용 중 문제가 발생할 경우에는 조치가 바로 가능하다. 특히 E사의 제품은 센서의 설치가 매우 쉬운 편이라 비전문가도 충분히 설치가 가능하다.

1. 측정 원리

Clamp-on 방식이라 함은 유량계를 설치하는 방법의 하나로, 유량계를 설치함에 있어 배관 공사 없이, 배관 외벽에 센서를 설치하여 유량을 측정하는 방식을 말한다. 기존의 유체와 배관의 종류가 한정되었던 기술이 업그레이드되어 현재에는 보다 많은 유체와 배관의 적용이 가능하게 되었다.
여기서 초음파 유량계란 초음파의 투과, 반사의 성질을 유량 측정에 이용하는 타입이다. 이 때에 사용 되는 주파수 영역 대는 배관(튜브) 크기와 두께에, 따라 센서가 구분되어 있으며 초음파를 이용하여 배관 안에 유체의 유속을 측정하고, 측정 된 유속의 배관의 단면적을 계산하여, 유량으로 나타낼 수 있다.
그림1과 같이 초음파의 투과, 반사의 성질을 이용하여, 배관 외벽에 초음파 센서를 설치하면, 초음파 센서는 초음파를 서로 송·수신하게 된다. 배관 안에 유체에 흐름 방향으로 진행하는 초음파는 보다 빠르게 수신 센서에 도착하고, 유체의 흐름 반대 방향으로 진행하는 초음파는 보다 느리게 수신 센서에 도착하게 되는데, 이 때에 발생되는 시간 차이를 이용하여 유속을 측정하게 된다.  그림2와 그림3과 같이 E사의 제품은 피에조(piezo) 세라믹을 이용하여 4방향에서 X자로 초음파를 주고받기 때문에 타 제품보다 더 정교한 측정이 가능하다.

2. 튜브 사이즈와 재질 및 유체의 다양성

E사의 센서는 튜브의 크기의 따라 다양한 종류가 존재한다. 그림 4에 E사에서 제작되는 사이즈를 확인할 수 있다. 제공되는 사이즈뿐 아니라 고객의 맞춤 사이즈 또한 가능하다. 배관 재질의 경우 각종 플렉시블 튜브(e.g. 실리콘, TPE(Thermoplastic elastomers), PVC, 폴리우레탄)에 사용이 가능하다. 유체의 경우도 혈액이 포함된 액체, 혈액대체제, 완충액, 세포배양과정, 발효과정, 탄화수소, 영양처리과정, 생리식염수 등 다양하게 적용할 수 있다.

3. 특징

- 파이프(튜브) 외벽에 설치로 유지보수가 용이
- 4방향 초음파로 높은 정확도 신뢰 가능
- 다양한 유체의 적용 가능
- 파이프(튜브) 절단 및 수정 없이 간단히 설치가 가능
- 누출의 위험과 압력 손실이 없으며 양방향 측정이 가능
- 튜브, 온도 및 유체에 대한 고객별 교정
- 현장 조정이 가능한 사용자 조정식 교정
- 향후 몇 년간 재사용 가능한 센서로 경제적

현대에 들어 유량 측정은 사용자의 목적에 따라, 여러 분야에 사용이 되고 있다. 특히 바이오 제약 산업에 있어서 유량 측정은 공정의 신뢰도를 높이고, 실제 사용되는 자원의 양과 직접적인 관계가 있다. 이렇듯 정확한 유량 측정으로 사용량을 확인하여 실제 소비되는 자원이 얼마인지, 또 소비자원을 줄일 수 있는 방법은 무엇인지 알 수가 있다.
외벽부착식 바이오 제약용 초음파 유량계는 다른 측정 방식의 유량계와는 달리 혈액 및 각종 화학물질에 적용이 가능하며 설치의 편의성과 정확도가 높아 앞으로 기대되는 유량계로 사료된다.

■ 문의: ㈜엠엔씨엔지니어링 www.flowmeters.co.kr