개념 한 쪽
유체의 상태를 감시하고 제어하기 위해 압력·유량·액면을 정확히 측정해야 한다. 각 측정 원리와 계기의 적용 범위를 이해하면 적합한 계기를 선택하고 오답 함정을 피할 수 있다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「유체 측정(압력, 유량, 액면)」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 집진효율 계산(질량 기준) | 1 | 서로 다른 크기 입자 혼합의 집진효율을 질량 기준으로 계산하는 방법 |
| 계기 용도 판단(보일러 온도) | 1 | 보일러 같은 고온 환경에 적합한 온도계를 고르는 판단 능력 |
| 교축기구 선택(고압·고속) | 1 | 고압·고속 유체 유량 측정에 적합한 교축기구를 판정하는 능력 |
화염 검출은 감지 대상의 물리적 특징에 따라 구분된다. 발광을 이용하면 CdS 셀 같은 광전도 소자가 쓰이고, 화염 속 이온을 이용하면 플레임로드가 쓰인다. 발광인지 이온화 전류인지를 구분하면 화염 검출 관련 선지를 빠르게 판정할 수 있다.
유량측정에 쓰이는 교축기구는 유로를 좁혀 압력차를 발생시켜 유량을 계산하는 원리를 가진다. 대표 기구로 오리피스·플로우노즐·벤튜리가 있으며, 오리피스는 구조가 단순하나 와류로 인한 손실이 크고, 벤튜리는 손실이 적으나 크고 고가인 반면, 플로우노즐은 고압·고속 유체에 적합하도록 매끈한 노즐 형태로 설계된 장치이다.
온도계는 사용 환경과 목적에 따라 선택한다. 공업 계측용은 넓은 온도 범위, 빠른 응답, 전기신호 출력을 요구하므로 열전대가 가장 적합하다. 건습구 온도계는 상대습도 측정용으로 상온 공기 대상이며 보일러같은 고온 환경에는 부적합하다.
가스 분석과 산소센서 등은 원리별 적용 범위가 다르다. 오르샤트식은 흡수법을 이용하는 버치식으로 수동 샘플링 방식이라 연속 측정이 불가능하고, 적외선 흡수법은 대칭 2원자나 단원자를 제외한 대부분의 가스를 분석할 수 있다. 지르코니아식 O2 센서는 고온에서 산소 이온 전도성을 이용하므로 작동을 위해 고온 유지용 전기 히터가 필요하다.
차압식 유량계는 교축부 전후의 압력차로 유량을 측정하며 액체·기체·증기 모두 측정 가능하다. 다만 교축부에서 상변화가 없어야 하고 점도·레이놀즈수 등의 운전 조건에 의해 오차가 발생할 수 있음을 유의해야 한다.
집진효율 문제는 질량 기준으로 계산해야 한다는 점을 대표 사례로 제시한다. 입자 질량은 지름의 세제곱에 비례하므로 다음과 같이 계산한다.
초기 질량 = 1,000개 × 1³ + 10개 × 10³ = 1,000 + 10,000 = 11,000 잔류 질량 = 500개 × 1³ + 1개 × 10³ = 500 + 1,000 = 1,500
집진효율 = (11,000 − 1,500) / 11,000 × 100 ≈ 86.4%로 계산된다. 개수 기준으로 계산하면 오답이 되는 함정이 있으므로 입자 크기가 섞여 있으면 반드시 지름³×개수의 질량 기준을 사용해야 한다.
단위 부피당 직경 1μm 입자가 1000개, 10μm 입자가 10개 섞여 있는 유체가 집진장치를 거쳐 직경 1μm 입자 500개, 10μm 입자 1개가 있는 유체로 변화하였을 때 집진효율은?
정답 ④ · 문항은 입자가 섞인 유체의 집진효율을 물으며 질량 기준 계산이 요구된다. 입자 질량은 입경의 세제곱에 비례하므로 처음 질량은 1μm 1000개×1³ + 10μm 10개×10³ = 1000 + 10000 = 11000(단위 비례값), 잔류 질량은 500×1³ + 1×10³ = 500 + 1000 = 1500이므로 효율 η = (11000−1500)/11000 = 9500/11000 ≈ 0.864 → 86.4%.
집진효율은 질량 기준으로 계산: 입자 질량은 지름의 3제곱에 비례하므로 (11,000−1,500)/11,000=86.4%이다.
보일러내의 온도를 재는데 적당치 않은 계기는?
정답 ④ · 문항은 보일러 내부 온도 측정에 적합하지 않은 계기를 묻고 있다. 건습구 온도계는 주로 실내 공기의 상대습도를 측정하기 위해 건구와 습구 온도의 차이를 이용하는 상온용 계기로 고온·고압 환경인 보일러 내부 온도 측정에는 적합하지 않다.
건습구 온도계는 상온 공기의 습도 측정용 계기라 고온의 보일러 온도 측정에는 부적합하다.
다음 중 공업 계측용으로 가장 적합한 온도계는?
정답 ③ · 문항은 공업 계측용 온도계로 가장 적합한 장비를 묻고 있다. 공업현장에서는 넓은 온도 범위, 빠른 응답성, 전기 신호로의 변환 및 원격 전송 능력, 내구성 등이 요구되며 열전대는 이러한 조건을 모두 만족하므로 공업 계측용으로 가장 적합하다.
공업 계측용 온도계는 열전대가 최적 — 넓은 범위·빠른 응답·전기신호 원격 측정이 가능하다.
에너지관리산업기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.