게시판 > 질답게시판 > 현장에 설치된 압력계는 모두 정압만을 측정하는건가요?

Stefano

22-04-03 22:37

(0) 일반적으로 현장에서 가장 흔히 볼 수 있도록 설치되어 있는 압력계는 Bourdon Tube식 압력계이고 이는 Piezoelectric 방식이 아닌 기계식 압력계에 해당합니다. 또한 여기서 측정되는 압력은 주로 <Gauge 압력>으로 절대압력에서 대기압을 뺀 값에 해당합니다. 질문에서 전압(정압+동압)의 용어를 사용하고 있는데.... 혹시 (전체압 = 계기압 + 대기압) 을 언급하는 "전압"으로 인식하고 질문한 것은 아니겠지요.

(1) 질문 1 에서 언급한 것은 위의 (0)에서 Bourdon Tube식 압력계를 말하고 있을 것으로 보입니다.
(참고:https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/bourdon-tube)

(2) Pitot Tube에 의한 압력측정은 정압은 (측정 구조상 Balance 된 상태로 측정하기 때문에 )제외 되어 있고 유체가 직선운동 하던 중에 측정감지관에 머물면서 나타내는 압력을 측정하는 것이므로 순전히 <동압(Dynamic Pressure)>만을 측정하여 이를 유속을 측정하는 원리로 동작하는 것입니다. 따라서 Pitot Tube는 <정압+동압>을 측정하는 것이 아닙니다.
(참고:https://www.researchgate.net/figure/the-quality-of-connecting-Pitot-tube-to-u-shape-barometer-and-the-quality-of-establishing_fig3_309764065)

(3) Piezoelectric Sensor는 Quartz형 결정구조에 압력, 굽힙, 인장 등의 Stress를 가했을 때 결정내에 유발되는 전압을 Sensor의 구조상 기계적 Stress로 인식하여 하중, 압력, 인장, 진동 등의 기계적 힘을 감지해내고 이를 작용하는면적으로 나누어 압력으로 환산하기도 합니다.

압력계로 사용되는 Piezoelectric Pressure Sensor는 압력이 작용되는 면적과 압력을 곱한 힘으로 결정구조를 압축했을 때 나타내는 기전력(Electric Voltage)을 측정하는 방식이라 대부분 계기압(Gasuge) 측정을 위한 전기식 Sensor에 해당합니다.
(참고:https://www.avnet.com/wps/portal/abacus/solutions/technologies/sensors/pressure-sensors/core-technologies/piezoelectric/)

(4) 경우에 따라서는 힙이 작용되는 Membrabe 뒷편에 진공방을 만들어 절대압력을 측정하는 방식이 있을 수 있으나 가격이 비싸고 진공이 누설되면 측정값이 맞지 않기 때문에 진공기계장치, 전자현미경 등 특수목적이 아니고는 화학공정기기에는 절대압력측정식 Piezo Pressure Sensor는 거의 사용되지 않습니다.

(5) 결론적으로 (정압+동압)을 측정하는 감지기는 거의 찾아볼 수 없고 (계기압+절대압)을 측정하는 압력계도 거의 없습니다.

현장에서 압력측정용으로 사용하는 Piezoelectric Pressure Sensor는 거의 대부분 동압이 아니고 정압(Static Pressure)를 계기압으로 측정하는 용도로 사용됩니다. 흔히 액 혹은 가스의 배관내에서의 압력은 동압은 포함되어 있지 않은 상태이고 설령 동압이 포함되어 있다고 해도 그 값은 아주 미미한 값에 불과합니다.

(1) 질문 1 에서 언급한 것은  위의 (0)에서 Bourdon Tube식 압력계를 말하고 있을 것으로 보입니다. 
(참고:https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/bourdon-tube)

(2) Pitot Tube에 의한 압력측정은  정압은 (측정 구조상 Balance 된 상태로 측정하기 때문에 )제외 되어 있고 유체가 직선운동 하던 중에 측정감지관에 머물면서 나타내는 압력을 측정하는 것이므로  순전히 <동압(Dynamic Pressure)>만을 측정하여 이를 유속을 측정하는 원리로 동작하는 것입니다.    따라서 Pitot Tube는 <정압+동압>을 측정하는 것이 아닙니다. 
 (참고:https://www.researchgate.net/figure/the-quality-of-connecting-Pitot-tube-to-u-shape-barometer-and-the-quality-of-establishing_fig3_309764065)

(3)  Piezoelectric Sensor는  Quartz형 결정구조에 압력, 굽힙, 인장 등의  Stress를 가했을 때 결정내에 유발되는 전압을 Sensor의 구조상 기계적 Stress로 인식하여   하중, 압력, 인장, 진동 등의 기계적 힘을 감지해내고 이를 작용하는면적으로 나누어 압력으로 환산하기도 합니다.

압력계로 사용되는 Piezoelectric Pressure Sensor는 압력이 작용되는 면적과 압력을 곱한 힘으로 결정구조를 압축했을 때 나타내는 기전력(Electric Voltage)을 측정하는 방식이라  대부분 계기압(Gasuge) 측정을 위한 전기식 Sensor에 해당합니다. 
 (참고:https://www.avnet.com/wps/portal/abacus/solutions/technologies/sensors/pressure-sensors/core-technologies/piezoelectric/)

(4) 경우에 따라서는 힙이 작용되는 Membrabe 뒷편에 진공방을 만들어  절대압력을 측정하는 방식이 있을 수 있으나 가격이 비싸고 진공이 누설되면 측정값이 맞지 않기 때문에 진공기계장치, 전자현미경 등 특수목적이 아니고는 화학공정기기에는 절대압력측정식 Piezo Pressure Sensor는 거의 사용되지 않습니다.

(5) 결론적으로 (정압+동압)을 측정하는 감지기는 거의 찾아볼 수 없고 (계기압+절대압)을 측정하는 압력계도 거의 없습니다.

현장에서 압력측정용으로 사용하는 Piezoelectric Pressure Sensor는 거의 대부분 동압이 아니고 정압(Static Pressure)를 계기압으로 측정하는 용도로 사용됩니다.   흔히 액 혹은 가스의 배관내에서의 압력은 동압은 포함되어 있지 않은 상태이고 설령 동압이 포함되어 있다고 해도 그 값은 아주 미미한 값에 불과합니다.

피곤한곰돌… chaser72

22-04-04 13:08

항상 친절한 답변 감사합니다.

답변 주신 내용이 아래와 같이 이해되어 정리해보면,

(정리에 앞서) 제가 문의드린 "전압"은 말씀하신 바와 같이, "계기압"을 기준으로
"전압(Total Pressure) = 정압(Static Pressure) + 동압(Dynamic Pressrue)"에 관한 문의 사항이었습니다.
(다행히(?) "절대압력(=계기압+대기압)"과 "계기압력"에 대한 구분은 이해하고 있는 사항입니다.)

1. 현장에 설치되는 압력계는 정압(Static Pressure)만을 측정하는 계기압이며,
2. 동압(Dynamic Pressure)은 포함되어 있지 않고, 설령 포함 되더라도 그 값이 아주 미미하다.
--> 즉, 현장에서는 "정압(Static Pressure)"만 봐도 충분하다.

3. 동압(Dynamic Pressure) 측정을 통해 유속 및 유량을 계산/측정한다.

혹, 위와 같이 정리된 내용에 답변 주신 내용이 상이하면 추가적인 Comment 부탁드리며,

4. 추가적으로 (Centrifugal) Pump Dis' Pressure 역시, 정압만을 측정하는 것으로 이해하면 될까요?
(Centrifugal Pump의 경우 Dynamic Pressure가 Static Pressure로 변환되어 토출되기 때문인가요?)

초보 엔지니어로써, 늘 궁금한게 많은데 어디 딱히 물어볼곳이 없어 힘들었는데,
본 사이트를 통해 많이 배우고, 공유하는 것 같습니다.
늘 감사합니다.

stefano

22-04-04 16:49

1,2,3 모두 맞습니다. 단, 3번의 경우는 Pitot Tube에만 해당되는 내용입니다.

4.의 경우 Centrifugal Pump의 원리에 해당하는 내용입니다. Centrifugal Pump는 Pump내 Impeller 에 의해 유체가 원운동을 하도록 하여 운동에너지를 만들어 내고 이 운동에너지에 의해 생성되는 Dynamic Pressure가 배출구를 통해 배출되면 속도가 크게 줄면서 정압으로 나타납니다.

만일 배출구를 완전히 닫아둔 상태에서는 마찰손실을 제외한 모든 운동에너지가 Shut-off 상태에서 모두 Shut-off 상태의 정압으로 나타나게 됩니다. 배출밸브를 열면 정압이 약간 내려가면서 동압이 나타나지만 정압에 비해 아주 미미한 수준입니다.

따라서 Pump나 Compressor의 압력계는 측정위치에서의 정압을 측정하고 있는 것이되고 그 정압도 계기압력을 나타내고 있는 것입니다.

피곤한곰돌… chaser72

22-04-04 21:38

말씀해주신 답변을 정확히 이해한 것 같습니다.
궁금했던 사항이 말끔하게 해결된 것 같습니다. 진심으로 감사드립니다.