1. 서 론

먼저, 매스 플로우 컨트롤러(이하 MFC)나 매스 플로우 미터(이하 MFM)에서 빈번하게 사용되는 단어가 ‘Conversion Factor(이하 CF)’이다. 말 그대로 변환 계수이다. CF는 대부분의 제조업체에서 유량 조정이나 교정 시 사용하는 가스(질소나 공기)에 대해, 즉 실제 MFC나 MFM에서 사용하는 실제 가스와의 유량비를 나타내는 숫자를 말한다. 필자가 진행한 MFC 강습회 질의응답 시간에 “압력식에는 CF가 없지 않습니까?”라는 질문이 있었다. CF는 열식 유량계만의 고유한 것으로 생각하는 사용자가 많은 것 같다. 대답은 No였다. 완전한 질량 유량계인 코리올리식 이외의 유량계는 CF와 같은 변환 계수가 필요하다. 본고에서는 이에 관해 설명하고자 한다.

2. 열식 유량계 CF

먼저 열식 유량계를 보자. 열식 유량계의 유량 식은 그림 1과 같다. 열식 유량계의 주류인 권선형 유량계의 구조는 다음과 같다. “저항 발열체를 센서 관 바깥쪽에 두 개(혹은 세 개)를 설치하여 가온한다. 관내에 유체가 흐를 때, 상류와 하류 각각의 저항 발열체에서 유체가 빼앗은 열량을 파악하면 유량을 구할 수 있다.” 열의 이동에는 일정한 특성이 있는 것으로 알려졌다. 열식 유량 센서에서 매우 중요한 특성이다. 그림 1의 유량 식에서 알 수 있듯 중요한 역할을 하는 것이 유체의 고유 계수인 정압비열이다. 유량식에 유체 고유의 값인 비열을 가진 열식 유량계가 나타내는 유량은 당연히 유체 종류에 따라 달라진다. 즉, 열식 유량계의 유량 검출 원리의 핵심인 ‘유체가 빼앗는 열량’은 대상 유체에 따라 차이가 있다는 것을 이 공식은 말하고 있다.

흔히 강의에서는 유체의 물성을 ‘유체가 열을 전달하는 능력’으로 바꾸어 간단히 설명한다. 유체를 사람에 비유하면 근육질의 힘센 L, 작고 마른 S 그리고 중후한 평균 체격의 M. 이렇게 세 사람이 짐을 나르는 일을 한다고 가정해 보자. 각각 운반에 필요한 힘의 강도는 겉으로 보이는 것과 같다. L은 가볍게 상자 세 개를 들고 옮길 수 있는 반면, S는 같은 크기와 무게의 상자 한 개를 들고 옮기는 것이 고작이다. 그리고 M은 2개만 들 수 있다. 세 사람이 같은 횟수만큼 옮기면 당연히 많이 옮길 수 있는 것은 L이다. S가 L과 같은 양을 옮기려면 L의 3배만큼 움직여야 한다. 열식 유량계 안에서도 같은 광경이 벌어진다. 열 = 같은 무게의 상자, 유체 = 운반자라고 생각하면 된다. 유체에도 열을 많이 운반할 수 있는 가스와 그렇지 않은 가스가 있다. 그 능력을 나타내는 것이 정압비열이다. 유체 S가 힘센 L과 같은 열량을 전달하기 위해서는 L의 3배를 흘려보내야 한다. 3배의 유량이 필요하다는 말이다. 이처럼 열식 유량 센서는 유체 고유의 물성에 따라 열을 전달하는 능력에 차이가 발생한다는 점에 착안하여 ‘이동한 열량에서 유체가 얼마나 흘렀는가?’를 도출하는 것이 핵심이다.

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⇒ 본고는 월간지 ‘計測技術’(일본, 일본공업출판주식회사 발행)2024년 8월호(연재)를 번역·전재한 것입니다. 본 기사의 무단 전재 및 복사는 저작권 법상 금지되어 있습니다. 원문은 당사로 문의 바랍니다