차압 게이지는 어떻게 작동하나요? 완전한 가이드

압력 측정은 안전하고 효율적인 산업 운영의 기본이지만 단일 압력 지점을 측정하는 것은 전체 내용의 일부일 뿐입니다. HVAC 공기 조화 장치부터 유압 회로 및 화학 처리 공장에 이르기까지 많은 중요한 시스템에서 가장 중요한 것은 두 지점 사이의 압력 차이입니다. 이것이 바로 차압 게이지가 측정하도록 설계된 것입니다. 이 장비의 작동 방식, 필요한 이유, 적용 위치를 이해하면 해당 장비에 의존하는 시스템을 얼마나 잘 유지 관리하고 문제를 해결하는지에 큰 차이를 만들 수 있습니다.

차압 게이지란 무엇입니까?

차동 압력계 시스템의 두 개별 지점 사이의 압력 차이를 측정하고 그 차이를 단일 판독값으로 표시하는 기기입니다. 대기압(게이지압) 또는 절대 진공(절대압)을 기준으로 압력을 측정하는 표준 게이지와 달리 차압 게이지는 두 개의 프로세스 지점(고압 포트와 저압 포트)에 동시에 연결되어 두 값 사이의 수학적 차이를 출력합니다.

종종 ΔP(델타 P)로 표시되는 이 차이는 엄청난 진단 및 운영 가치를 전달합니다. 이를 통해 필터에 얼마나 많은 저항이 축적되었는지, 유체가 파이프를 통해 얼마나 빠르게 흐르는지, 펌프가 올바르게 작동하는지 또는 열 교환기가 오염되었는지 여부를 확인할 수 있습니다. 게이지 자체는 개별 압력이 무엇인지 신경 쓰지 않고 단지 압력 사이의 간격만 고려합니다. 따라서 적절한 감지 범위를 선택하기만 하면 매우 광범위한 압력 및 응용 분야에 걸쳐 사용할 수 있습니다.

핵심 운영 원리

가장 기본적인 수준에서 차압 게이지는 감지 요소의 양면을 서로 다른 두 압력에 노출시키고 힘 불균형에 대한 기계적 또는 전기적 반응을 측정하는 방식으로 작동합니다. 압력 차이에 반응하는 물리적 구성 요소인 감지 요소는 기기의 핵심이며, 그 설계에 따라 다양한 매체에 대한 게이지의 정확도, 범위 및 적합성이 결정됩니다.

고압 포트에 높은 압력이 가해지고 저압 포트에 낮은 압력이 가해지면 감지 요소는 그 차이에 비례하여 편향되거나 변형됩니다. 이 편향은 기계식 게이지의 다이얼 표면 바늘 움직임이나 전자 송신기의 전압 또는 전류 신호 등 판독 가능한 출력으로 변환됩니다. 디스플레이의 눈금은 절대 압력이 아닌 차압을 나타내기 위해 특별히 보정되었으므로 판독값이 0이면 시스템의 실제 압력 수준에 관계없이 두 포트가 동일한 압력에 있음을 의미합니다.

주요 내부 구성 요소 및 역할

다양한 게이지 디자인은 다양한 내부 아키텍처를 사용하지만 다음 구성 요소는 대부분의 기계식 차압 게이지에 공통적으로 적용됩니다.

다이어프램

다이어프램은 차압 게이지에서 가장 널리 사용되는 감지 요소입니다. 이는 두 개의 압력 챔버 사이에 고정되어 있는 얇고 유연한 디스크(일반적으로 스테인레스 스틸, 하스텔로이 또는 기타 부식 방지 합금으로 만들어짐)입니다. 한쪽에는 높은 압력, 다른 쪽에는 낮은 압력이 가해지며, 압력차에 비례하여 다이어프램이 낮은 압력 쪽으로 휘어집니다. 이 굴곡은 레버와 기어 어셈블리를 통해 게이지 포인터에 기계적으로 연결되어 보정된 다이얼을 가로질러 바늘을 움직입니다. 다이어프램 게이지는 액체, 가스 및 점성 매체에 적합하며 부식성 또는 위생 응용 분야에 적합한 습식 재료로 제조할 수 있습니다.

부르동관(일부 디자인)

일부 차압 게이지는 이중 부르동관 배열을 사용합니다. 여기서 각 튜브는 압력 포트 중 하나에 연결되고 두 튜브의 기계적 출력은 차동 연결을 통해 차감됩니다. 이 설계는 다이어프램 편향이 너무 작아서 정확하게 측정할 수 없는 고압 응용 분야에서 더 일반적입니다. 부르동관 설계는 높은 정압에서 더 견고한 경향이 있으며 유압 및 고압 가스 시스템에서 흔히 볼 수 있습니다.

캡슐 요소

캡슐은 본질적으로 밀봉된 챔버를 형성하기 위해 가장자리에서 함께 용접된 두 개의 다이어프램입니다. 차동 캡슐 게이지에서 캡슐의 한쪽은 고압 프로세스에 노출되고 다른 쪽은 저압 기준에 노출됩니다. 캡슐 요소는 매우 민감하며 종종 몇 밀리바 범위의 매우 작은 차압을 측정하는 데 선호되므로 HVAC 필터 모니터링 및 클린룸 압력 제어 응용 분야에서 표준 선택입니다.

무브먼트와 디스플레이

기계적 움직임은 감지 요소의 작은 물리적 편향을 포인터 바늘을 구동하는 회전 운동으로 변환합니다. 랙 앤 피니언 또는 섹터 앤 피니언 기어 세트는 작은 다이어프램 움직임을 전체 크기 포인터 스윕(일반적으로 다이얼 표면을 가로지르는 270도 호)으로 증폭시킵니다. 다이얼에는 응용 분야 및 지역 표준에 따라 Pa, mbar, kPa, psi 또는 수주 인치(inWC)와 같은 압력차 단위의 눈금이 인쇄되어 있습니다.

차압 게이지의 종류

시장에서는 각기 다른 측정 범위, 매체 및 설치 환경에 최적화된 여러 가지 유형의 차압 게이지를 제공합니다. 잘못된 유형을 선택하는 것은 조기 게이지 오류 또는 부정확한 판독값의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다.

차압이 유량을 나타내는 방법

차압 측정에서 가장 중요하고 널리 사용되는 응용 분야 중 하나는 유속을 추론하는 것입니다. 유체가 오리피스 플레이트, 벤투리관 또는 흐름 노즐과 같은 제한 장치를 통과할 때 베르누이 원리에 따라 속도가 증가하고 정압이 감소합니다. 흐름이 빠를수록 제한 사항 전체에 걸쳐 압력 강하가 커집니다. 엔지니어는 차압 게이지를 사용하여 이 압력 강하를 측정함으로써 파이프를 통과하는 체적 또는 질량 유량을 계산할 수 있습니다.

이 기술은 차압 유량 측정으로 알려져 있으며 한 세기 이상 동안 사용되어 왔습니다. 이는 대구경 파이프와 고압 시스템, 특히 석유 및 가스, 수처리, 발전 분야에서 가장 일반적인 유량 측정 방법으로 남아 있습니다. 게이지는 제한 요소의 양쪽에 있는 태핑 지점(고압 포트의 상류 및 저압 포트의 하류)에 연결되며 ΔP 판독값은 유량 계산 공식에 입력되거나 공학 단위로 최종 유량을 출력하는 유량 컴퓨터에 직접 입력됩니다.

필터 모니터링: 가장 일반적인 실제 용도 중 하나

깨끗한 필터는 유체나 공기 흐름에 대한 저항이 거의 없으므로 필터 전체의 압력 차이가 작습니다. 필터에 입자상 물질이 쌓여 막히게 되면 저항이 커지고 차압이 높아지게 됩니다. 따라서 필터 전체에 장착된 차압 게이지는 필터 상태에 대한 직접적인 실시간 표시기 역할을 합니다. 추측할 필요도 없고 임의의 시간 간격으로 예정된 교체도 필요 없으며 실제 제한 사항을 객관적으로 측정할 뿐입니다.

이 애플리케이션은 다양한 산업과 환경 전반에 걸쳐 널리 사용됩니다.

• HVAC 공기 조화 장치: 캡슐형 차동 게이지는 공기 필터 로딩을 모니터링하고 필터 교체가 필요할 때 신호를 보내 공기 흐름 손실과 에너지 낭비를 방지합니다.
• 유압 시스템: 피스톤형 게이지는 이동식 기계 및 산업용 유압장치의 복귀 라인과 압력 라인 필터를 모니터링하여 오염된 유체로 인한 구성품 손상을 방지합니다.
• 수처리 시설: 멀티미디어 또는 모래 필터의 차동 게이지는 역세 주기가 필요할 때 운영자에게 경고합니다.
• 오일 및 가스 분리기: 가스 처리 장치의 유착 필터 요소는 분리 효율성을 유지하기 위해 지속적으로 모니터링됩니다.
• 제약 및 식품 가공: 육안 검사를 위해 시스템을 열지 않고도 위생 공정의 멸균 공기 및 액체 필터를 모니터링하여 무결성을 보장합니다.

정확도에 영향을 미치는 설치 고려 사항

차동 pressure gauge can only provide accurate readings if it is installed correctly. Several practical installation factors commonly cause errors in field measurements, and understanding them prevents costly misdiagnosis of system problems.

• 임펄스 라인 방향: 게이지 포트를 프로세스에 연결하는 라인은 액체 충전 라인의 가스 포켓이나 가스 충전 라인의 액체 트랩을 방지하기 위해 올바르게 경사져야 합니다. 둘 다 실제 ΔP가 0인 경우에도 게이지가 잘못 판독되도록 하는 제로 오프셋 오류를 유발합니다.
• 정압 등급: 게이지는 차압 범위뿐만 아니라 시스템의 최대 정(라인) 압력에 대해 평가되어야 합니다. 1bar ΔP 등급의 게이지를 100bar 시스템에 설치할 수 있습니다. 정압 등급이 충분하지 않으면 감지 요소가 치명적인 오류를 일으키게 됩니다.
• 균등화 밸브: 게이지와 프로세스 사이에 균등화 밸브가 있는 3밸브 매니폴드를 설치해야 합니다. 이를 통해 동일한 압력의 양쪽에서 게이지를 영점화할 수 있으며 공정 라인을 중단하지 않고도 유지 관리를 위해 안전하게 격리할 수 있습니다.
• 진동 및 맥동: 펌프 및 압축기 토출 라인에서 심한 맥동은 기계적 게이지 움직임을 빠르게 손상시킬 수 있습니다. 이러한 환경에서는 액체로 채워진 게이지나 맥동 감쇠 장치를 사용해야 합니다.
• 온도 보상: 높거나 낮은 극한의 온도는 감지 요소의 탄성과 액체 충전 게이지의 충전 유체 점도에 영향을 미칩니다. 항상 주변 조건뿐만 아니라 실제 작동 온도 범위에 대한 게이지를 지정하십시오.

전자 차압 트랜스미터와 기계식 게이지 비교

기계식 차압 게이지는 전원 공급 장치 없이도 로컬 시각적 판독값을 제공하는 반면, 전자 차압 트랜스미터는 현대 자동화 시스템에 상당한 이점을 제공합니다. 트랜스미터는 압전 또는 용량성 감지 셀을 사용하여 압력 차이를 분산 제어 시스템(DCS) 또는 프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC)에 직접 공급할 수 있는 4~20mA 전류 신호 또는 디지털 출력(예: HART, PROFIBUS 또는 Foundation Fieldbus)으로 변환합니다.

전자 트랜스미터는 원격 모니터링 기능, 데이터 로깅, 경보 통합 및 훨씬 더 높은 정확도를 제공합니다. 기계식 게이지의 경우 1~2%인 데 비해 일반적으로 0.05~0.1%의 범위입니다. 또한 물리적 교체 없이 여러 범위에 대해 구성할 수도 있습니다. 그러나 전원 공급 장치가 필요하고 가격이 더 높으며 계측 루프에 복잡성이 추가됩니다. 많은 응용 분야에서는 신속한 현장 표시를 위한 기계식 게이지와 제어 시스템 통합 및 추세 파악을 위한 전자 트랜스미터라는 두 가지의 조합이 사용됩니다.

시스템 상태에 차압 측정이 중요한 이유

부품 전체의 차압 판독값은 공정 시스템에서 사용할 수 있는 가장 유용한 단일 측정값 중 하나입니다. 필터 전반에 걸쳐 상승하는 ΔP는 점진적인 오염을 나타냅니다. 펌프 전반에 걸쳐 ΔP가 떨어지면 성능 저하 또는 캐비테이션이 발생함을 나타냅니다. 흐름 제한에 걸쳐 예기치 않게 낮은 ΔP는 바이패스 누출 또는 파열된 요소를 나타낼 수 있습니다. ΔP는 하나의 측정 지점뿐만 아니라 시스템 내부의 물리적 조건에 따라 변하기 때문에 작동 중에 열거나 검사할 수 없는 장비 내부에서 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 통찰력을 제공합니다.

유지 관리 팀의 경우 차압 모니터링을 예측 유지 관리 전략에 통합하면 계획되지 않은 가동 중지 시간이 크게 줄어듭니다. 필터를 너무 일찍 교체하여 서비스 수명을 낭비하거나 너무 늦게 교체하여 시스템을 손상시키는 일정 일정에 따라 필터를 교체하는 대신 ΔP 기반 교체는 필터 활용도를 최대화하고 다운스트림 장비를 오염으로부터 보호합니다. 열 교환기, 여과기, 코어레서 및 오염이나 제한이 시간이 지남에 따라 점진적으로 발생하는 모든 구성 요소에도 동일한 논리가 적용됩니다. 잘 선택되고 올바르게 설치된 차압 게이지는 대부분의 경우 유지 관리 툴킷에서 가장 비용 효과적인 단일 기기입니다.