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압력계측압력계측

압력계측일반

압력이란 단위 면적당 수직 으로 작용하는 힘을 말합니다.

계산식으로는 로 나타냅니다P F / A

◈◈ 압력의압력의 정의정의

계산식으로는 로 나타냅니다P = F / A

P : 압력 F : 힘 A : 면적

물체 내부의 임의 면의 압력은 어떻게 구할 수 있을까요?

P1 에서부터 P2 까지 받는 압력은 높이 (h)와 물체 내부의 유체 밀도(ρ)와 관계가있습니다.즉, 액체 내부에서 받는 압력은 부피와 관계가 없으며, 같은 높이에서의 각 점의압력은 같습니다압력은 같습니다.계산식으로는 로 나타냅니다ghPP 12

ρ : 유체밀도 g : 중력가속도 h : 높이ρ : 유체밀도 g : 중력가속도 h : 높이

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압력계측일반

절대압 게이지압 차압

◈◈ 압력의압력의 종류와종류와 구분구분

• 지구 위도 45° 해면상에서 온도 0 ℃ 조건으로 수은주 0 mmHg에해당되는 압력 상태, 즉, 진공을 완전 진공 또는 절대진공 이라하며,

절대압(Absolute Pressure)

게이지압(Gauge Pressure)

차압(Different Pressure)

이 완전 진공을 기점으로 해서 측정되는 압력

• 단위 끝에 "abs" 를 붙여 표시 [kg/㎠·abs]

※ 완전 진공이란 밀폐되어 있는 용기 안에 기체 분자가 하나도 없거나기체분자의 운동에너지가 0인 상태를 말한다.

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압력계측일반






• 지구위도 45°해면상에서 온도 0 ℃ 조건으로 수은주 760 mmHg에해당되는 압력상태를 기점으로 해서 측정되는 압력해당되는 압력상태를 기점으로 해서 측정되는 압력

• 표준대기압을 기준점 0으로 하여 측정되는 압력으로 공업적으로측정되는 압력을 표시할 때 주로 사용

• 단위 끝에 “g" 를 붙여 표시 [kg/㎠·g],혹은 [kg/㎠]

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압력계측일반






• 서로 다른 압력 중 어느 한쪽을 기준으로 다른 압력과의 차를차압이라고 하며, 주로 사용이 되는 것은 차압식 유량측정이나차 , 차 량측레벨측정시 이용된다.

• 차압 = P2-P1

•단위 끝에 “diff" 를 붙여 표시 [kg/㎠ diff]

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압력계측일반


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압력계측일반

시간적 변화에 따른 압력의 구분 시간적 변화에 따른 압력의 구분


변화가 없는 압력 또는 1초당 압력계의 최대압력의 1％를 넘지 않는 변화 또는 1분당정압

1초당의 시간적 변화가 정압의 한계를 넘어압력계의 최대 압력의 1 10％ 사이에서

최대 압력의 5％를 넘지 않는 압력

압력계의 최대 압력의 1 ∼ 10％ 사이에서변동하는 압력으로 주기성이 없이불연속적으로 증감되는 압력

맥동압

1초당의 시간적 변화가 정압 한계를 넘어최대 압력의 1 ∼ 10 ％사이에서 변동하는압력으로 주기성이 있는 압력

변동압

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압력계측일반

Pa(파스칼)

◈◈ 압력의압력의 단위와단위와 정의정의

Pa(파스칼)

1 kg W/m2

1 Bar(바)

HmHg (수은주미터)

mH2O( )(수주미터)

1 torr(토르)

1 atm(기압)

Psi

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Psi(Pounds Per Square Inch)

압력계측일반

Pa(파스칼)


•1[m2]에 1[N]의 힘이 가해질 때의 압력을 1[Pa]이라 한다. Pa(파스칼)

1 kg W/m2

(1 pa = 1 N/ m2)

1 Bar(바)



1 torr(토르)

1 atm(기압)

Psi

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압력계측일반

Pa(파스칼)



1 kg W/m2

(1 pa = 1 N/ m2)

•1 bar= 105 Pa = 100000 N/ m2=105 kg.m/s2

1 Bar(바)



1 torr(토르)

1 atm(기압)

Psi

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압력계측일반

Pa(파스칼)



1 kg W/m2

(1 pa = 1 N/ m2)

•1 bar= 105 Pa = 100000 N/ m2=105 kg.m/s2

1 Bar(바)

H

•1[m2]에 1[kg W]의 힘이 가해질 때의 압력•1[kg W]는 1kg의 질량에 9.80665m/s2의 가속도를 주었을 때의 힘의 크기

mHg (수은주미터)


1 torr(토르)

1 atm(기압)

Psi

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압력계측일반

Pa(파스칼)



1 kg W/m2

(1 pa = 1 N/ m2)

•1 bar= 105 Pa = 100000 N/ m2=105 kg.m/s2

1 Bar(바)

H


•수주의 높이가 1m일때 작용하는 압력mHg

(수은주미터)

mH2O( )

수주의 높이가 1m일때 작용하는 압력(1 mH2O = 100 CmH2O=1000 mmH2O= 9806.65 N/ m2)[참고]mmH2O = mmAQ = mmWG = mmWs = mmWC

(수주미터)

1 torr(토르)

1 atm(기압)

Psi

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압력계측일반

Pa(파스칼)



1 kg W/m2

(1 pa = 1 N/ m2)

•1 bar= 105 Pa = 100000 N/ m2=105 kg.m/s2

1 Bar(바)

H



(수은주미터)

mH2O( )


•수은주의 높이가 1m일때 작용하는 압력(수주미터)

1 torr(토르)

(1mHg = 100CmHg=1000mmHg= 13322.368 N/ m2)

1 atm(기압)

Psi

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압력계측일반

Pa(파스칼)



1 kg W/m2

(1 pa = 1 N/ m2)

•1 bar= 105 Pa = 100000 N/ m2=105 kg.m/s2

1 Bar(바)

H



(수은주미터)

mH2O( )



1 torr(토르)

(1mHg = 100CmHg=1000mmHg= 13322.368 N/ m2)

•1 수은주 미리미터(mm)를 말한다.(1 torr = 1 / 1000 mHg)

1 atm(기압)

Psi

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압력계측일반

Pa(파스칼)



1 kg W/m2

(1 pa = 1 N/ m2)

•1 bar= 105 Pa = 100000 N/ m2=105 kg.m/s2

1 Bar(바)

H



(수은주미터)

mH2O( )



1 torr(토르)

(1mHg = 100CmHg=1000mmHg= 13322.368 N/ m2)


1 atm(기압)

Psi

•중력가속도 980.665 cm/ s2의 장소에서 밀도가 13.5951 g/cm2의수은주 높이 760mm가 저변에 미치는 힘과 같다. (1 atm = 101325 N/m2)

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압력계측일반

Pa(파스칼)



1 kg W/m2

(1 pa = 1 N/ m2)

•1 bar= 105 Pa = 100000 N/ m2=105 kg.m/s2

1 Bar(바)

H



(수은주미터)

mH2O( )



1 torr(토르)

(1mHg = 100CmHg=1000mmHg= 13322.368 N/ m2)


1 atm(기압)

Psi

•중력가속도 980.665 cm/ s2의 장소에서 밀도가 13.5951 g/cm2의수은주 높이 760mm가 저변에 미치는 힘과 같다. (1 atm = 101325 N/m2)

•1[In2]에 1[pound]의 힘이 가해질 때의 압력을 말한다

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1[In ]에 1[pound]의 힘이 가해질 때의 압력을 말한다.Psi = Lb/in2 = 0.07030 kg/㎠ (1kg/㎠ = 14.2233 Psi)

압력계측일반

◈◈ 압력계의 종류와 측정 범위

측정방식 측정범위 정확도 특징

액주식

U자관형

단관형


5∼2000 mmH2O

300 2000 H O

±0.1mm

±0 1-1차 표준기로 사용

(마노메타)단관형

경사관형

300∼2000 mmH2O

10∼300mmH2O

±0.1mm

±0.01mm

-간단, 정확하다.

탄성식

부르돈관

베로즈형

0.1∼5000 kg/㎠

0.01∼10 kg/㎠

±0.5∼2％

±1∼2％-일반 프로세스 측정용에사용되는 2차 압력계

-정기적인 계기 교정 필요

분동식

다이야프람 0.01∼500 kg/㎠

2∼100000 kg/㎠

±0.25∼2％

±0.01％ - 표준기로 사용

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압력계측일반

◈◈ 압력계의 종류와 측정 범위


스트레인게이지

금속저항체수천mmH2O∼

수천 kg/㎠

수천

±0.5％ -빠른 응답특성을가지고 직선성 및


게이지

압전형압력변환기

반도체수천mmH2O∼

수천 kg/㎠

7x10-8∼/㎠

±0.5％

±0 5∼4％

전압 출력이 큼

-동적 교정 필요고주파 응답 특성이 좋음

압전형압력변환기

전위차계압력변환기

700 kg/㎠

사양에 따라 결정

±0.5 4％

±0.25 ％

-고주파 응답 특성이 좋음

- 직류, 교류 모두 사용

반도체형압력계

스트레인형

용량형

수천mmH2O∼수천 kg/㎠

수천mmH2O∼

±1.0 ％

±1 0 ％

-히스테리시스가 없다.-감도가 좋다.

용량형수천 kg/㎠

±1.0 ％

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압력계측(마노메타)

마노메타 (Manometar) 마노메타 (Manometar)

◈◈ 압력 측정 방식

액체의 중력과 인가압력이 균형을 이룸으로서 측정됨.

일반적으로 공정에서 미압측정 또는 차압측정 Test용 으로 사용

주로 사용되는 Type은 U-Tube, 그 외에는 거의 사용되지 않음.주로 사용되는 Type은 U Tube, 그 외에는 거의 사용되지 않음.

Tube 안에 물을 채워 측정하므로 압력 측정 범위는 0~1000 mmH2O 정도밖에 되지 않음

주로 압력존재유무 검출, 낮은 차압, Gauge압 측정 에 사용

측정할 때 저압측은 대기에 개방됨.

액체선정 고려 사항 액체선정 고려 사항

1 측정범위와 측정 정밀도에 적합한 밀도를 가지는 액체1

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측정범위와 측정 정밀도에 적합한 밀도를 가지는 액체

점도가 낮고, 유리관에 부착되지 않는 액체

증발하기 어려운 액체

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온도 변화에 따른 밀도의 변화가 작은 액체

냄새나 독성이 없고 관을 부식시키지 않는 액체

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6 액면 측정이 용이한 액체

압력계측(탄성식)

▶ 부르돈관(Bourdon Tube)▶ 부르돈관(Bourdon Tube)

◈◈ 탄성압력계 및 측정소자

탄력성 변형 압력 소자로 아주 간단한 형태로 널리 사용된다.

종류로는 C형 부르돈관, 스파이럴 부르돈관, 헬리컬 부르돈관 세 가지 Type 있다.

▶ 부르돈관(Bourdon Tube)▶ 부르돈관(Bourdon Tube)

yp

일반적으로 C형 부르돈관이 대부분 사용되고, 정밀이 요구되는 곳에는 Spiral,

Helical type 이 쓰일 수 있으나, 일반적으로 잘 사용되지 않음.

C형 부르돈관C형 부르돈관 스파이얼 부르돈관스파이얼 부르돈관 헬리컬 부르돈관헬리컬 부르돈관C형 부르돈관C형 부르돈관 스파이얼 부르돈관스파이얼 부르돈관 헬리컬 부르돈관헬리컬 부르돈관

장 점 단 점

구조가 간단하고 가격이 싸다.센서의 부피가 커서 설치 공간이제한적이다.

압력범위가 넓다.

압력스위치로 사용이 가능하다

응답속도가 늦다.

히스테리시스 오차가 크다

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압력스위치로 사용이 가능하다. 히스테리시스 오차가 크다.



C형 부르돈관C형 부르돈관 스파이얼 부르돈관스파이얼 부르돈관 헬리컬 부르돈관헬리컬 부르돈관

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▶ 벨로우즈 (Bellows )형▶ 벨로우즈 (Bellows )형


외부에 주름상자형의 주름을 갖고 있는 금속박판 원통상으로 그 내부, 또는 외부에

압력을 받으면, 중심축 방향으로 팽창 및 수축을 일으키는 압력계 의 일종

압력에 따른 길이의 변화가 부르돈관이나 다이야프램 보다 커서 보통 저압측정에압력에 따른 길이의 변화가 부르돈관이나 다이야프램 보다 커서 보통 저압측정에

많이 사용

벨로우즈벨로우즈벨 우벨 우

장 점 단 점

큰 힘을 얻을 수 있다.

조절기나 전송기에 이용된다.

동작이 느리다.

절기나 전송기에 이용된다.

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벨로우즈벨로우즈벨로우즈벨로우즈

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▶ 다이아프람(Diaphram)형▶ 다이아프람(Diaphram)형


압력이 다이야프람에 인가되면 그 압력에 정비례해서 다이야프람이 팽창한다.

다이야프람은 움직임은 작고, 다이야프람의 두께, 지름에 따라 다르다.

▶ 다이아프람(Diaphram)형▶ 다이아프람(Diaphram)형

다이아프람형다이아프람형

장 점 단 점

감도가 높고 저압측정이 용이하다. 변위가 작아 확대기구가 필요하다.

점도가 높은 액체 및 고형물질을함유한 압력측정에 적당하다.

히스테리시스, Creep 현상이 크다.

내식성 재질선택이 용이하고, 금속재질에 내식 표면처리가 가능하다재질에 내식 표면처리가 가능하다.

응답이 신속하다.

서로 다른 액체사이 격막 역할을

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서로 다른 액체사이 격막 역할을행함과 동시에 소자로서 역할이 가능하다



다이아프람형다이아프람형

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압력계측(압전형)

• 압전체는 기계적인 왜형이 생기면, 전기 신호를 발생시키는데, 이 신호 전압은

◈◈ 압전형 압력센서의 측정 원리

왜형의 크기에 비례 한다.

• 다이아프램에 공정의 압력이 가해지면, 기계적인 연결장치에 의해 압전체에 다이아프람의

변위가 전달 된다.

이때 압전체에서 아주 미세한 전압이 발생 하는데 이것으로 압력을 측정할 수 있다• 이때 , 압전체에서 아주 미세한 전압이 발생 하는데, 이것으로 압력을 측정할 수 있다.

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압력계측(정전용량형)

• 저압측과 고압측에 인가된 압력에 의해 다이아프램이 팽창되면,

◈◈ 정전용량형 압력센서의 측정 원리

저압측과 고압측에 인가된 압력에 의해 다이아프램이 팽창되면,

가변전극과 고정 전극간의 거리가 변화됩니다.

• 이로 인해, 정전용량이 변화되고, 정전용량은 극판사이의 거리에 반비례 하므로,

변화되는 정전용량을 검출 하면 압력을 검출할 수 있습니다.

• 게이지압, 차압, 절대압 검출이 가능합니다.

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압력계측(정전용량형)

◈◈ 정전용량형 압력센서의 특징

관리 유지가 편리하다.

직선성이 좋다 직선성이 좋다.

신호변환기가 고가이다.

봉입액의 역할봉입액의 역할봉입액의 역할봉입액의 역할

비압축성이므로 압력 전달 지연을 적게한다.

고주파 잡음에 대한 완충 역할을 한다.주파 잡음에 대한 완충 역할을 한다.

순간과대 압력 방생 시 파손을 방지한다.

열팡창 계수가 작으므로 온도에 의한 팽창 오차를 감소시켜 준다.

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압력계측(반도체왜형)

• 실리콘 단결정 다이아프람 위에 확산한 저항층의 피에조(Piezo) 저항 효과를 이용한다.

피에조 저항효과 란?

◈◈ 반도체 왜형 (歪形) 게이지식 압력센서의 측정 원리

• 피에조 저항효과 란?

왜형이 생기면, 반도체 결정내의 에너지 구조가 변화하고, 캐리어수가 상대적으로변화되고, 그 결과 반도체의 고유 저항값이 변화하는 현상

• 이와 같이 압력에 의해 생긴 저항값의 변화를 검출함으로써, 입력 압력에 비례한 신호를

얻을 수 있다.

구 조구 조 실 물실 물구 조구 조 실 물실 물

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압력계측(진공검출)

진공압력계에는 피라니게이지와 열전자전리진공계 등이 있다..

◈◈ 피라니게이지(Pirani Gauge)

• 기체의 압력이 0.1mmHg이하의 압력에서는 기체의 열도전율이 압력에 의하여 변합니다.

• 일정한 열에너지를 받아 가열되는 물체의 온도는 열전쌍에 의해 주위 기체로 방출되는

열량에 따라 정해지므로 열전도율의 변화를 가열체의 온도변화로부터 측정할 수 있습니다.

• 측정범위는 ][10~10 43 mmHg

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압력계측(진공검출)

• 고진공 기체 속을 속도가 빠른 전자가 지나가면 , 전자와 기체가 충돌하여 이온 을 만들게 됩니다.

◈◈ 열전자 전리진공계

• 압력이 높을 수록 기체 분자가 많으므로 이온이 많이 생기며, 전자의 충돌에 의해 생긴 이온량을측정 하여 진공도를 구할 수 있습니다.

음극 전자발생기• 음극

이온집극관

전자집극관

전자발생기

이온의 양을 검출 (진공도를 나타낸다.)

전자의 양을 검출전자집극관

전자의 양을 검출

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압력계측(스트레인게이지)

• 탄성을 가진 도선이 늘어나면, 그 길이와 직경이 변하여 도선 전체의 전기저항이 변화하는 원리

◈◈ 스트레인 게이지 압력 센서 측정 원리

를 이용다.

AlR ={비저항(상수)*도선의 길이}/도선의 단면적

• 중량과 변위 검출 에 주로 이용됩니다.

실물 보기실물 보기

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압력계측(스트레인게이지)

스트리엔 게이지 압력 센서의 특징

◈◈ 스트레인 게이지 압력 센서의 특징

원격측정이 가능하다.

신뢰성이 양호하다. 신뢰성이 양호하다.

소형이며, 응답성이 빠르다.

출력치의 연산이 가능하다.

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