이 글에서는 부 온도저항계수를 갖는 탄소파이버를 열선으로 이용하고 이를 구동한는 증폭회로의 구성에 관한 연구, 3차원 속도측정용 열선프로브의 접지단자를 3개의 열선이 공통으로 사용하는 공통접지 삼축 열선프로브와 유속계의 특성에 대해 고찰한다. 또한 과열비가 다른 두 개의 저 온도형 열선 유속계를 이용하여 유동장의 온도와 속도를 동시에 측정한는 방법과 임의 형태의 유체온도정보를 이용한 열선유속계의 일반적인 온도보상방법에 관하여 논의하여 열선유속계의 원리와 그 응용 등을 간단히 설명함으로써 관심 있는 분들의 이해를 돕고자 한다.
TSI IFA 100 Thermal anemometer와 같이 자동화된 유속계라 할지라도, 사용자가 조정해야 하는 과열비, 인덕턴스 등과 같은 인자가 있다. 이와 같은 조정의 문제 외에도 오차를 고려해야 하는 많은 요소가 있다. 이들 중 주위 유체의 온도 변화에 대한 영향 등에 깊은 이해를 가지고 있어야 정밀계측을 가능하게 할 것이다. 그 예로서 자동차에서 사용되는 정온도형 열선유속계 형의 공기유량계는 주위온도 보상을 위한 회로가 내장되어 동절기와 하절기 사이의 온도차를 보상하고 있다.
본 연구 목적은 계측저항이 없는 열선유속계를 이용하여 매립지 가스의 유량을 산정할 때 가스조성에 의해 발생되는 계측오차를 최소화할 수 있는 방안을 제시하고자하였다. Rotor meter와 가스조성 밀도를 이용하여 산정한 관 중심유속을 계측저항이 없는 열선유속계를 이용하여 구한 관 중심유속을 비교함으로서 계측오차를 측정하였다. 실험결과 열선 유속계와 rotor meter를 이용한 매립지 가스유속 계측오차의 최소화 방안을 통하여 매립지 가스유량의 오차 범위를 10% 이내로 최소화 할 수 있는 것으로 조사되었다.
In this study, a new hot-wire anemometer which has greater sensitivity than that of a constant temperature anemometer (CTA) was proposed. In contrast to CTA, the wire working resistance of the new anemometer increases with flow velocity, that is, the operating mode of the wire becomes variable temperature. The variable temperature anemometer(VTA) was made by substituting a voltage controlled variable resistor such as photoconductive cell or transistor for one of the resistors in the bridge. By positively feeding back the bridge top signal to the input side of these electronic components, the wire overheat ratio could be increased with velocity automatically. Static response analyses of the VTA, constant voltage anemometer (CVA) and CTA were made in detail and calibration experiments were performed to validate the proposed operating principle. The wire operating resistance of the CVA decreases with velocity and this leads to lower sensitivity than that of a CTA. But the sensitivity of the newly proposed VTA is superior to that of a CTA, since the wire overheat ratio increases with velocity. Consequently, it is found that the major factor that is responsible for large sensitivity of a VTA is not the working resistance itself but the change of the wire working resistance with velocity.
이 글에서는 상대측정방법의 예로서 열선 유속계, 절대측정방법의 예로서 레이저 도플러 유속계, 가시화기법에 대한 전반적인 설명을 통하여 난류측정에 대한 이해를 돕고자 한다. 열선유속계와 레이저도플러유속계는 응답특성이 난류측정에 적합한 측정기술로서 입증되어 있지만, 가시화 기법에 의한 난류측정은 3차원 유동장을 동시에 처리할 수 있는 장점에도 불구하고 영상처리에 많은 시간이 필요하므로 아직까지 계속적인 연구가 이루어지고 있다.
Calibration equation for Variable Temperature Anemometer(VTA) has been tested for measured velocity-output data and the calibration process has been compared with that of Constant Temperature Anemometer(CTA). VTA has greater sensitivity than that of any other conventional anemometers, but to be more popular technique in flow field measurement, simple, accurate and well established calibration process should be suggested. To meet this purpose, similar calibration method used for CTA has been adopted for VTA and finally calibration equation for VTA including the effect of temperature drift has been proposed.
난류 경계층 내부 와류 구조물 형상을 측정하기 위해 열선 유속계(Hot-wire sensor)를 스테퍼 모터 컨트롤러(Stepper motor controller)에 고정하여 측정 지점으로 이동시켰다. 유동장 내 표면 근처 유속은 상대적으로 느려 차후 측정 데이터 해석 시 신호처리 과정에서 전자파 간섭으로 민감하게 반응하게 된다. 전자파 잡음은 주로 컴퓨터나 기타 전자 장비의 전원 공급에서 발생하는데, 실험 장비 중 전원이 활성화된 스테퍼 모터(Stepper motor)에서 전자파 잡음이 열선 유속계와 연결된 BNC 케이블로 유입되었다. 이는 열선 유속계를 이동시키기 위해 모터 컨트롤러(Motor controller)에 전원 공급이 인가되면, 오실로스코프 화면에 전자파 잡음이 나타나는 것을 확인하였다. 열선 유속계에서 측정된 데이터에 예상치 못한 잡음이 포함될 가능성이 있으므로, 이를 감소시키고 측정 과정에서 신호대 잡음비(Signal-to -Noise Ratio, SNR)를 향상하도록 연결 케이블을 차폐시키고 전자파가 차단되는 컴퓨터로 교체하였다.
본 연구에서는 정4각단면덕트 입구영역에서 층류맥동유동(laminar pulsating flows)의 유동특성을 이론 및 실험적으로 규명하기 위하여, 이론적 방법으로 덕트 입 구영역에서의 층류맥동유동에 대한 운동량방정식을 유도한 후 비선형인 대류항을 선형 화 시켜서 라플라스변환으로 속도분포식의 해를 구하였고, 실험적인 방법으로는 시험 덕트 크기는 횡단면의 가로*세로가 40mm*40mm이고, 길이가 4000mm인 정4각단면덕트 입구영역에서 송풍기에 의한 공기흡입유동으로 층류진동유동을 발생하며 이들 두유동 을 합성시켜 발생한 층류맥동유동에 대하여 열선유속계의 열선신호로부터 얻어진 속도 파형을 고찰하여 덕트내의 맥동유동에 대한 임계레이놀즈수를 결정하고 속도분포를 측 정하였다. 그리고 이론적으로 얻어진 속도분포식과 열선유속계로 측정한 속도분포를 비교검토하여 정확성을 검증하고, 이들 해석결과로 부터 층류맥동유동의 입구길이(en- trance lenght)식을 결정하여 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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