초음파 유량계 응답 시간과 시간 상수 설정 가이드

시간 상수는 유량계가 유량 변화에 반응하는 속도를 정하며, 빠른 응답과 안정적인 측정은 서로 맞바꾸는 관계입니다.

초음파 유량계의 응답 시간은 유량계 측정이 실제 유량 변화에 따라 업데이트되는 속도입니다. 유량 모니터링 애플리케이션을 최적화하려면 측정 응답 시간과 안정성이 모두 중요하고, 미터기의 반응 속도는 응용 프로그램 설정에 따라 달라집니다.

배경

일괄 애플리케이션은 빠른 응답이 필요

작은 병이 컨베이어 벨트를 따라 이동할 때 채워지는 주스 분사 기계를 예로 들어 봅니다. 흐름의 지속 시간 또는 배치가 매우 짧은 이런 작업을 '일괄 애플리케이션'이라고 합니다.

이 작업의 작업자는 유량계가 흐름의 시작과 중지를 포착해 짧은 시간에 병이 이상적으로 채워지기를 원하고, 동시에 매우 안정적인 측정도 필요로 합니다. 측정값이 변동하지 않도록 유량 변화에 천천히 반응하기를 원할 수도 있습니다. 유량계에는 정확한 값을 알기 위해 실제 유량 변화에 반응하는 방식을 조정하는 제어 장치가 있고, 이것이 시간 상수 설정입니다.

설정

시간 상수는 앱 고급 설정에서 지정

시간 상수는 유량계 모바일 앱(Orcas Flowmeter App)의 설정 메뉴 → 고급 설정 메뉴에서 설정합니다. 단위는 초이며, 유량계가 유량 변화에 반응하는 데 걸리는 시간을 나타냅니다.

• 짧은 흐름 지속 시간으로 작업하는 경우(주스 제조업체 등): 시간 상수를 0으로 설정해 유량계가 흐름 변화에 가능한 한 빨리 반응하게 합니다.
• 유량 지속 시간을 측정하는 반대쪽 끝에서 흐름이 불안정한 경우: 시간 상수를 늘려 측정을 부드럽게 합니다.

그림 1

시간 상수가 작을수록 응답이 빠릅니다

흐름의 단계 변화에 대한 유량계 반응을 보여 주는 그림 1입니다.

그림 1은 흐름의 단계 변화와 세 가지 시간 상수에 대한 유량계 반응을 보여 줍니다. 흐름의 단계 변화는 흐름이 없다가 갑자기 최대 스로틀에서 펌프가 시작될 때 발생합니다. 빨간색 선은 흐름의 실제 단계 상승이고, 검은색 선은 세 가지 시간 상수(2, 9, 31초)에 대한 유량계 측정값입니다.

가장 작은 시간 상수에서는 유량계가 실제 흐름에 훨씬 빠르게 반응하고, 긴 시간 상수에서는 응답하는 데 더 오래 걸립니다.

유량계가 실제 유량 값에 도달하는 데는 시간 상수 자체보다 더 오래 걸립니다. 시간 상수를 '실제 값의 63%에 도달하는 데 필요한 시간'으로 정의하기 때문입니다. 실제 흐름의 100%에 도달하려면 시간 상수 값보다 시간이 더 걸립니다.

그림 2

시간 상수가 클수록 측정이 안정적입니다

불안정한 흐름에 대한 유량계의 일정한 반응을 보여 주는 그림 2입니다.

그림 2의 빨간색 선은 위아래로 진동하는 다소 불안정한 실제 흐름이고, 검은색 선은 여러 시간 상수에 대한 유량계 측정값입니다. 시간 상수가 클수록 측정값이 더 안정적인 것을 바로 알 수 있습니다.

응답 속도와 안정성은 맞바꾸는 관계

그림 1과 그림 2의 장점을 동시에 얻을 수는 없습니다. 유량계가 즉시 응답하면서 동시에 이상적으로 부드러운 측정을 내놓을 수는 없습니다. 그림 2에서는 시간 상수가 크면 안정성이 좋지만 그림 1에서는 반응이 느립니다. 반대로 그림 1에서 작은 시간 상수는 빠르게 응답하지만 그림 2에서는 불안정합니다.

응용 프로그램에 맞게 시간 상수를 조정해 중간 지점을 찾으세요.

기본값

기본 모드는 동적 시간 상수

지금까지는 사용자가 시간 상수를 선택해 유량계에 적용하는 필터링을 설명했습니다. 기본적으로 유량계는 동적 시간 상수를 사용하도록 구성되어 있습니다. 부드러운 흐름과 빠른 시간 응답이라는 두 가지 장점을 함께 얻기 위한 자체 방법이며, 이 필터링 기능은 약 8년 동안 안정적으로 사용되었습니다.

이 모드에서 유량계는 필터링된 값과 비교해 실제 순간 값을 고려하고, 흐름을 부드럽게 하려고 빠르게 또는 느리게 응답하도록 정합니다. 대부분 잘 작동하지만, 이상적인 필터링이나 이상적인 응답 시간을 원하면 정적 시간 상수를 쓰는 편이 좋습니다.

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자주 묻는 질문

참고 자료

• SoundWater Technologies