1) 액주형 압력계
* U자관(U-tuve manometer)
이것은 구조가 가장 간단한 압력계로서 관경이 일정한 글라스관을 U자형으로해서 그내부 액체
를 충진시키고 양관에 서로 다른 미지의 압력을 가했을 때 또는 일측을 대기 개방 시키고 타측에
미지의 압력을 가하기도하며, 전자는 차압을, 후자는 압력 즉 게이지를측정하는 압력계 이다.
U자관 압력계에서 관의 형상은 크게 중요하지 않고 단지 두 액면 사이의 높이 차 만이 중요하다.
* 단관식(시스턴 / Cistern manometer)
U자관 압력계의 한쪽 관의 단면적을 크게 하여 압력계의 크기를 줄인 것이 시스턴 압력계이다.
액체를 넣을 때는 액면이 눈금의 영점과 일치하도록 넣어야 한다. 압력을 시스턴에 가하면 액체
는 가는 유리관을 통하여 올라간다.
* 경사관식 압력계
경사관식 압력계의 구조는 시스턴 압력계의 유리관을 일정한 각도로 기울여
놓은 것이다.
2) 탄성형
① 부르돈관압력계
부르돈관은 타원형 형상을 갖는 튜브를 한쪽은 고정시키고 다른 쪽은 자유롭게 변형할 수
있도록 만들었으며 부르돈이란 말은 프랑스 발명가의 이름을 딴 것이다.
가) 장점
* 구조가 간단함
* 광범위한 압력범위
* 가격이 저렴함
* 압력 스윗치로 사용이 가능하다.
* 전기저항, 전기용량등 다른 전기적인 시스템으로도 사용이 가능함
나) 단점
* 다른 센서에 비해 크기 때문에 설치 공간이 제한적임
* 기계적 마찰에 의한 오차가 발생함
* 느린 응답속도
* 히스테리시스 오차
② 다이아프램 압력계
다이아프램 센서는 미소 압력의 변화에도 민감하게 반응하는 얇은 막을 이용하여 입력을
감지한다. 다이아프램은 자신의 압력 변형 특성을 이용하는 금속 다이아프램과 스프링 같은
탄성 요소에 의해 지지되는 비금속 다이아프램으로 구별된다.
다이아프램은 용도에 따라 평판형 물결무늬형 2개의 다이아프램을 접합하여 만든 캡슐형
으로 구별한다. 그림 1-2는 다이아프램의 종류를 나타내며, 그림1-3은 캡슐로 제작한
전형적인 다이아르램 압력계의 구조이다.
평판형은 비교적 저압용으로 사용된다.
다이아프램의 강도를 높이기 위하여 동심원의 물결무늬를 만든다.
이 물결무늬는 유압이나 기계적인 압축으로 성형한다.
강도는 물결무늬의 수를 증가시키고 깊이를 감소시킴으로써 높일 수 있다.
③ 벨로우즈형 압력계
벨로우즈는 압력의 변화에 대응하여 자체 길이와 체적이 정밀하게 변하는 요소로 정의 된다.
벨로우즈는 압력에 따른 길이의 변화가 부르돈관이나 다이아프램보다 커서 보통 저압 측정에
많이 사용된다. 벨로우즈의 사용한도는 내압에 의해 결정되며 내압 증가를 위해서는
벨로우즈의 벽 두께를 증가하여야 하나 이것은 강성도의 증가를 가져와 선형도가 나빠지므로
보통 10 kg/cm2가 내압의 한도이다. 그러나 선형도가 문제가 되지 않는 경우에는 내압을
200kgf/ cm2까지도 가능하다. 그림 1-4은 벨로우즈 압력계이다.
3) 분동식
① 분동식 압력계
수은 압력계가1기압 이하의 저압 영역에서 주로 사용되는 데 비하여 분동식 압력계는 1기압
이하의 낮은 압력부터 1만 기압 이상의 초 고압까지 널리 사용되고 있다.
분동식 압력계는 압력의 기본 원리를 그대로 현시한 것이기 때문에 재현성이 좋고 구조가
단단하므로 고장이 거의 없는 장점이 있으나 연속 측정이 곤란하고 이동이 불편한 단점이
있다. 대부분 표준기나 공장용 기준기로 사용하고 있다.
② 분동식 압력계의 종류
* 단순형 분동식 압력계(simple piston gage)
이 압력계의 가장 큰 결점은 고압에서는 탄성변형에 의해 피스톤과 실린더 사이의 간격이
벌어지며, 이로 인해 유효단면적의 변화가 크게 나타나기 때문에 고압에서는 정밀도가
현저하게 감소되는 것이다. 그러나 구조가 간편하고 고장이 적기 때문에 산업체 현장에서
사용하는 대부분의 분동식압력계는 단순형 실린더 구조를 갖고 있다.
* 재귀형 분동식 압력계(re-entrant piston gage)
재귀형 실린더에서는 측정압력과 같은 압력이 실린더 외부에서 가해지기 때문에 실린더
내부의 탄성변화가 감소된다. 이 압력계는 단순형에 비해 제작성 특별한 어려움이 없으
면서도 정밀도가 높기 때문에 표준기관등에서 표준기로 많이 사용하고 있다.
* 간격조절 분동식 압력계(controlled clearance piston gage)
재귀형은 고압에서 피스톤과 실린더 사이의 간격을 통한 압력 유출을 감소시키기 위해 고안된 것이다. 그러나 이 압력계로 피스톤과 실린더 사이의 간격을 조절하는 데는 한계가 있다. 이와 같은 단점을 보완하기 위하여 고안된 것이 간격조절형 분동식 압력계이다.
피스톤과 실린더 사이의 간격을 임의로 조절할 수 있으면 다음과 같은 두 가지 장점이 있다.
첫째는 압력계수(pressure coefficient)를 결정하기 위해서는 단지 피스톤의 탄성변형에 의한 효과와 쟈켓압력(jacket pressure)에 의한 피스톤-실린더 사이의 간격 변화 만을 고려하면
된다.
두 번째 장점은 압력유체가 변할지라도 실험을 통해서 항상 최적의 상태를 찾아낼 수
있으므로 압력유체가 변할지라도 실험을 통해서 항상 최적의 상태를 찾아낼 수 있으므로
압력유체의 변화에 따른 오차를 감소시킬 수 있다.
* 경사형 분동식 압력계(tilting piston gage)
일반적으로 분동식 압력계의 가장 큰 단점은 피스톤 자체의 무게때문에 측정 압력의 하한이
정해진다는 것이다. 이와 같은 결점을 보완하기 위하여 고안된 것이 경사형 분동식압력계이다.
경사형 압력계에서는 피스톤-실린더 시스템을 일정한 각도로 눕혀서 피스톤 자체의 무게를
감소시킬 수 있게 되어 있다.
* 구형 분동식압력계(ball type piston gage)
일반적으로 분동식 압력계의 피스톤과 실린더는 원통형으로 되어 있다.
그러나 구형 분동식 압력계에서는 피스톤이 볼(ball)로 되어 있고 실린더도 반구 모양이다.
피스톤과 실린더가 구형으로 되어 있으므로 피스톤에서 압력 유체의 점성저항을 현저하게
감소 시킬 수 있다. 이 압력계는 유압에서는 사용이 불가능하며 공기압에서 주로 일정한
압력을 공급시키기 위한 레귤레이터(regulator)로 많이 사용하고 있다.
4 구의 크기에 따라 측정범위가 정해지는 데 대체로 저압에서 그 효용성이 현저하다.
4) 전기식 압력센서
① 스트레인 게이지 압력센서
압력 측정에 이용되는 스트레인 게이지에는 접착형과 비접착형의 두가지가 있으며 그 원리는
동일하다. 즉 도선이 탄성적으로 늘어나면 그 길이와 직경이 변하여 도선 전체의 전기 저항이
변화하는데 스트레인게이지는 이 원리를 이용한 것이다.
따라서 다이아프램, 벨로우즈, 부르돈관 같은 길이 변환장치와 스트레인 게이지를 결합하면
압력을 전기적 신호로 감지할 수 있게 된다.
범용 스트레인게이지이고, 다이아프램에 많이 쓰는 스트레인게이지 이다.
가) 장점
* 높은 정밀정확도
* 작은 온도영향, 온도 보상이 가능
* 정압뿐 아니라 동압에도 사용 가능
* 직류, 교류 상관 없이 사용 가능
* 작은 충격 및 진동의 영향이 적음
* 연속적 출력 및 높은 분해늘
* 양호한 주파수 응답 특성
* 설계가 단순함
나) 단점
* 주변 조건이 나빠지면 교정값이 불안정함
* 큰 진동에 반응함
* 출력값이 낮음
② 용량형 압력변환기
용량형 압력변환기는 정압이나 동압 측정에 널리 쓰이며 크게 두 가지 형식이 있다. 하나는
평판형이며, 다른 하나는 그림1-8과 같이 원통형이다. 평판 용량형 변환기의
압력 감지는 주로 다이아프램이 이용되며 이는 또한 캐패시터의 한쪽 전극으로도 사용한다.
다이아프램이 압력을 받으면 이에 상응하는 위치의 변화가 일어나며 이로 인해 전기용량의
변화가 생긴다. 변환기 자체만의 가격은 싸며 만들기 쉽고 유지가 편리한 장점이 있지만, 이의
출력을 받아 압력값으로 바꾸어 주는 전자장비는 비교적 고가이다. 평판형 캐패시터를 설계할
때 다음 몇 가지를 유의하여야 한다.
첫째, 평판은 평평하여야 하며 두 평판이 평행을 유지하여 비선형 요인을 제거하여야
하며 압력을 받아 변형 할 때도 평행면을 유지할 수 있어야 한다.
둘째. 온도가 변하더라도 재질의 특성 및 기하학적 위치가 일정하여야 한다.
세째, 일부 평판 용량형 압력변환기는 온도 영향을 민감하게 받는 경우가 있지만 대부분의
압력변환기는 300%의 과부하에 견디고, 400%의 온도에서도 1%이내의 정확도를
유지한다.
용량형 압력변환기의 장단점을 비교하면 다음과 같다.
가) 장점
* 가볍고 견고하다.
* 감도의 조정이 쉽다
* 제작이 비교적 쉽다
* 분해능이 높다
나) 단점
* 온도변화에 민감하다.
* 전자장비가 비교적 복잡하다.
* shild선의 사용이 불가피하다.
③압전형 압력변환기
몇몇 종류의 결정체는 특정한 방향으로 힘을 받으면 자체내에 전압이 유기되는 성질을 갖고 있으며 이와 같이 전압이 유기되는 현상을 압전효과라고 한다. 압전형 압력변환기는 이러한 압전효과를 이용하여 입력 압력에 대응하는 전기적 출력을 얻을 수 있도록 설계된 변환기이다
가) 장점
* 선형성이 좋다
* 시간이 경과해도 그 특성은 거의 일정하다
* 고주파 응답 특성이 좋다
* 출력이 높다. (1.0 ~ 40Mv/psi)
* 크기가 작다
* 구조가 견고하다
나) 단점
* 큰 진동에는 반응한다
* 정밀 측정에 부적당하다
* 온도 변화에 민감하다
|