배관이나 기기내의 압력을 기계적으로 측정하는 계측기는 압력계, 연성계, 진공계라는 3가지 종류가 있습니다. 이 세 가지는 각각 압력을 측정할 수 있는 범위가 다릅니다.
이번에는, 평소 느끼는 작은 의문, 연성계란 무엇인가, 압력계와 진공계와의 차이와 사용구분에 대해 알아 보겠습니다.
▶ 연성계란?
연성계는 대기압과 진공 영역을 모두 측정할 수 있는 현장 지시형 계기입니다.
위의 사진에서는 대기압을 0으로 하여 빨간 표기가 진공역, 검은 표기가 정압역(대기압 이상)을 나타내고 있습니다.
연성계는 조건에 따라 정압도 부압이 될 수 있는 용도로 사용합니다. 압력계와는 외형이 비슷합니다만, 설치 장소를 바꾸면 계기판이 망가져 버리는 원인이 되므로 주의가 필요합니다.
비슷한 계기로 마노미터가 있습니다만, 마노미터는 압력차를 측정하고, 압력계와 연성계는 압력 그 자체를 측정을 하는 차이가 있습니다.
▶ 연성계의 설치 목적
연성계 뿐만 아니라, 현장 지시형 계기는 늘릴수록 취득할 수 있는 값이 많아집니다. 그러나, 그만큼 기기 관리 와 이니셜 코스트도 늘어나기 때문에, 무작정 설치하면 된다는 것은 아닙니다.
연성계를 설치하는 목적은 다음과 같습니다.
◈ 순찰 중 장비의 이상을 발견합니다.
◈ 시운전시의 지표가 됩니다.
◈ 센서의 고장을 판단합니다.
장비의 작동 조건(운전조건)을 확인하는 데 온도와 압력은 매우 중요한 지표입니다.
연성계를 설치해 일상적인 값을 관리하고 있으면, 기기가 비정상적인(이상한) 동작을 일으켰을 때에 상황을 수치로 억제할 수 있습니다.
중요 설비 등에서는 진공영역까지 측정할 수 있는 압력센서를 설치하는 경우가 많습니다만, 원래 센서의 고장이 의심스러울 때에는 연성계 값과 비교하여 고장을 발견할 수 있습니다.
센서 등의 고장을 판단한다는 의미에서도 중요한 역할을 합니다.
▶연성계의 원리
연성계나 압력계가 압력을 측정할 수 있는 이유는 불돈관이라고 불리는 금속관이 내부의 압력에 의해 늘어나고 있다는 성질이 있기 때문입니다.
연성계의 원리는 다음과 같은 순서로 나눌 수 있습니다.
①압력이 가해지면 불동관이 부풀어 오른다.
②바늘과의 연결 기어가 위로 올라갑니다.
③바늘이 회전합니다.
디지털식 연성계의 경우는 압력센서와 마찬가지로 감압소자에 의해 압력을 측정합니다.
▶압력계, 연성계, 진공계의 차이점
압력계, 연성계, 진공계는 각각 측정 범위가 다릅니다.
◈ 압력계 ⇒ 0MPaG(0.1MPa) 이상
◈ 연성계 ⇒ -0.1MPaG(0MPa)~ 중압(0.4MPaG 정도)
◈ 진공계 ⇒ -0.1MPaG(0MPa)~ 0MPaG(0.1MPa)(대기압 이하)
이와 같이 압력의 측정 범위에 따라 사용 용도가 달라집니다.
압력에는 대기압을 기준으로 한 게이지압(MPaG)과 절대 진공을 기준으로 한 절대압(MPa)이 있습니다. 0MPaG=0.1MPa를 나타냅니다. 대기압은 101.325kPa입니다.
◇ 압력계
압력계는 대기압(0MPaG) 이상의 압력을 측정할 수 있습니다. 어디에도 설치하지 않는 대기압의 경우는, 지침이 0을 나타내고있어, 부압이 되었다고 해도 지침이 그 이하가 되는 일은 없습니다.
부압이 되는 용도로 사용하게 되면, 압력계가 고장날 가능성이 있습니다. 압력을 측정하고 싶은 감압밸브 전후나 펌프 전후, 내압이 올라가는 탱크 등에 설치됩니다.
항상 대기압 이상으로 부압이 되는 일이 없는 경우에 이용합니다. 설정값을 넣으면 접점이 들어가거나 떨어지거나 하는 접점이 있는 압력계도 있습니다.
◇ 연성계
연성계는 정압(대기압 이상의 압력)에서 절대 진공(-0.1MPaG)까지의 압력을 측정할 수 있습니다. 그러나, 메모리 폭의 관계로 상세한 진공은 측정할 수 없습니다.
정압에도 진공이 될 가능성이 있는 펌프의 흡입이나 증기를 사용하는 열교환기, 그 외의 응축하는 기체를 사용하는 장소에서 사용합니다. 내압이 대기압보다 떨어질(내려갈) 가능성이 있는 곳에는 연성계를 설치해 두는 편이 무난합니다.
비록 진공이 되지 않았다고 해도 연성계는 망가지지 않습니다. 연성계에도 설정압력으로 접점이 끊어지는 듯한 접점이 붙어있는 진공 스위치라고 하는 것도 있습니다.
◇ 진공계
진공계는 대기압 이하의 압력을 상세하게 계측할 수 있습니다.
대기압 이상이 되는 일이 없는 진공 펌프나 컴프레서의 흡입구 등의 압력 측정에 사용합니다. 연성계에 비해 보다 상세한 진공을 계측할 수 있습니다만, 대기압 이상이 되었을 때에는 고장 위험이 높아지므로 주의가 필요합니다.
▶연성계의 설치 장소
구체적으로 연성계의 설치가 권장(추천)되는 부분은 이쪽입니다.
◈ 펌프의 1차측
◈ 미압운전(0.1~0.2MPaG 정도)의 증기열교환기
◈ 팬, 송풍기(블로워)의 1차측
◈ 응축성 가스 탱크
◈ 진공영역에서 사용하는 장치나 주변의 배관
모두 진공이 될 수는 있지만, 그렇게까지 정밀도가 요구되지 않는 부분입니다.
펌프의 경우 1차측은 연성계, 2차측은 압력계를 설치하는 경우가 많으므로 설치 시에는 실수하지 않도록 주의가 필요합니다.
펌프, 팬, 블로워(송풍기)의 압력을 측정하여 캐비테이션이나 서징을 방지할 수 있습니다.
▶ 요약
◈ 연성계는 진공 영역도 측정할 수 있는 계기입니다.
◈ 측정 원리는 압력계와 동일합니다.
◈ 압력계는 대기압 이상, 연성계는 절대진공~중압정도, 진공계는 대기압~절대진공 측정을 측정하는 기기입니다.
압력을 측정하는 기기라도 측정범위에 따라 3가지 종류로 나뉩니다. 또한, 측정 레인지를 잘못 사용하면 고장이 나 버리기 때문에 주의하시기 바랍니다.
설치하는 부분이 대기압 이상의 정압인지, 그 이하의 부압인지를 고려해 구분하여 사용해야합니다. 간혹 압력계와 연성계를 같은 것으로 착각하고 있는 분이 있습니다만, 일단 구분하여 사용된다는 것을 기억해 주세요.
▶압력단위 대기압기준, 절대압기준 개념도
대기압 기준, 절대압 기준의 구별이 필요한 것은 필수입니다.
SI 단위의 압력환산표에서는 1atm = 0kPa(G) = 101.33kPa = 0.10133MPa 로 표시되어 있습니다.
이 경우의 101.33kPa에는 (abs)의 첨자는 붙어 있지 않지만 절대압 기준이므로 주의하시기 바랍니다.
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