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Pressure Gauge

Abstract

A pressure gauge is an instrument used to measure and display the pressure of a fluid or gas in a system. It provides a visual indication of the force exerted by the fluid on the gauge. Pressure gauges are widely used in various industries, including manufacturing, oil and gas, HVAC, and automotive.
The basic design of a pressure gauge consists of a bourdon tube or diaphragm as the sensing element, which deforms under the pressure of the fluid being measured. This deformation is transmitted to a mechanical linkage, which moves a pointer on a calibrated dial to indicate the pressure. The dial is typically marked with units of pressure, such as psi (pounds per square inch) or bar.
Pressure gauges can measure different types of pressure, including absolute pressure, gauge pressure, and differential pressure. Absolute pressure gauges measure the pressure relative to a perfect vacuum, while gauge pressure gauges measure the pressure relative to atmospheric pressure. Differential pressure gauges measure the difference in pressure between two points in a system.
Pressure gauges come in various sizes, ranging from small handheld devices to large panel-mounted or industrial gauges. They can have different pressure ranges and accuracy levels depending on the intended application. Some gauges also include additional features like digital displays, alarm outputs, and pressure transmitters for remote monitoring.
Proper calibration and maintenance of pressure gauges are essential to ensure accurate and reliable measurements. Regular inspections and recalibrations help detect any drift or errors in the readings. Additionally, it is important to select a pressure gauge that is suitable for the specific operating conditions, such as the fluid being measured, the temperature range, and the pressure range.
In summary, pressure gauges are crucial instruments for monitoring and controlling pressure in various industrial processes. They provide valuable information for maintaining system efficiency, safety, and performance.

Ⅰ. 압력 (Pressure)

1. 압력의 정의

압력(Pressure)이란 임의의 물체(고체, 액체, 기체)의 표면에 대하여 단위면적당 수직으로 받는 힘의 크기를 말하며, 반대로 잡아당기는 힘은 장력이라 한다.
※ P = F/A (P: 압력, F: 힘, A: 면적)

2. 압력의 분류

압력은 시간적 변화의 유무에 따른 분류로 정압, 변동압, 맥동압 등으로 나눌 수 있으며, 압력기준치 즉, 그 기준점 0 을 어떻게 정하느냐에 따라 절대압(Absolute Pressure), 상대압(Gauge Pressure), 차압(Differential Pressure) 등으로 분류한다.

1) 시간적 변화의 유무에 따른 분류

① 정압

변화가 없는 압력 또는 1초당 압력계의 최대 압력의 1％를 넘지 않는 변화의 순시 속도를 가지는 압력이거나 1분당 최대 압력의 5％를 넘지 않는 압력

② 변동압

1초당의 시간적 변화가 정압의 한계를 넘거나, 압력계의 최대 압력의 1∼10％ 사이에서 변동하는 압력으로 주기성이 없이 불연속적으로 증감되는 압력

③ 맥동압

1초당의 시간적 변화가 정압 한계를 넘는 것으로, 압력계의 최대 압력의 1∼10％ 사이에서 변동하는 압력으로 주기성이 있는 압력

2) 압력 기준치에 따른 분류

① 절대압

지구 위도 45°해면상에서 온도 0 ℃ 조건으로 수은주 0 mmHg 에 해당되는 압력 상태. 즉, 완전 진공을 기점으로 해서 측정되는 압력이다. 여기서 완전 진공은 밀폐되어 있는 용기안에 기체 분자가 하나도 없거나 기체분자의 운동에너지가 0인 상태를 말한다.
절대단위로 압력을 표현할 때에는 Absolute Pressure의 약자로 량을 표현하는 수치와 단위 끝에 반드시 "abs" 를 붙여 혼돈을 막음

② 게이지압 (상대압)

표준대기압을 기준점 0으로 하여 측정되는 압력으로써,공업적으로 측정되는 압력은 주로 게이지압으로 표시되고 있다. 즉, 지구위도 45°해면상에서 온도 0 ℃ 조건으로 수은주 760 mmHg 에 해당되는 압력상태를 기점으로 해서 측정되는 압력

③ 차압

임의 서로 다른 압력중 어느 한쪽을 기준으로 다른 압력과 차이 압력을 차압이라고 하며 차압을 표시하는 방법으로 ΔP (P2 - P1)로 표시한다.

(절대압과 게이지압)

3. 압력의 단위

압력의 단위는 여러 가지가 있으나, 국제도량형 총회에서 1960 년 승인 채택된 SI 국제단위계 중 뉴톤 압력 단위(N/㎡)로 채택하였으나, 1971년 파스칼(Pa)을 압력의 단위로 국제단위계로 현행 사용하고 있다. 그럼에도 불구하고 압력의 단위는 kgf/㎠, Pa, Bar 등 종래의 단위계와 혼합사용하고 있다.
1kgf/㎠ = 98066.5Pa = 98.0665kPa = 0.0980665 MPa ≒100kPa ≒0.1 MPa
- 기상학 : hPa, bar
- 공학계열 : atm, kgf/㎠, bar, MPa
- 액체계열 : mmHg, mmH20, mmAq

1) 대기압(atm)

대기압을 측정하는 장치를 기압계(barometer)라고 하며, 대기압은 이탈리아 수학자이자 물리학자인 토리첼리에 의해 수은 기압계 실험으로 최초로 측정하였다. 1기압, 즉 1atm은 대기가 눌러주는 힘으로 수은 기둥의 높이는 이 760mm, 물의 경우에는 10.3m 이며, 이는 펌프에서 흡입이 가능한 최대치이기도 하다.

Ⅱ. 압력계 (Pressure Gauge)

1. 압력계 개요

압력계는 주로 유체 압력측정에 사용되어지는 계기의 총칭으로서 대기의 압력 측정에 사용되는 기압계, 게이지 압에 따라 압력계(액체 압력계, 탄성 압력계, 분동식 압력계 등)가 있으며, 특히 고압에 대해서는 기체압력계, 전기저항 압력계, 저압에는 진공계, 압력차를 검출하는 차압계, 미압계 등이 있다.

(압력계와 차압계)

2. 압력계 종류별 특징

1) 액주식 압력계

일반적으로 투명 Glass 관을 이용하여 Glass 관 내부 액체를 충진시키고 미지 압력을 가할때 관내부 액의 Level 이 변화하고 이 변화된 액의 위치를 측정함으로 압력을 구하는 압력계이다.

2) 탄성식 압력계

탄성식 압려계는 액주식 압력계의 휴대성 불량 등 단점을 보완하기 위해 만들어 졌다. 탄성식 압력계는 수압부에 탄성체를 사용해서 측정하고자 하는 압력을 가했을 때, 가해진 압력에 비례하는 기구적인 변형으로부터 압력을 측정하는 것이다.
탄성식 압력계에는 부르돈관(Bourdon tube)형, 다이아프램(diaphragm)형, 벨로우즈(bellows)형 등이 있으며, 압력계 제작시에는 압력변화에 따른 극히 미세한 탄성변형을 탐지하기 위해 일반적으로 링크기구, 레버, 피니언 등의 기계적 구조를 이용하여 변형을 확대하여 지시, 기록, 전송, 전기적 변환 등을 수행한다. 이러한 의미에서 탄성식 압력계는 기계적인 압력계로 2차 압력계라고도 한다.

(1) 부르돈관(Bourdon tube)형 압력계

부르돈관 압력계의 측정원리는 타원형 및 평원형을 갖는 튜브를 한 방향은 밀폐후 링크 등으로 고정시키고, 반대 방향으로는 압력을 가하면, 그 압력으로 부르돈관(Bourdon tube)이 펼쳐지는데 펼쳐진 거리가 링크 등을 거쳐 압력 지시계에 나타나게 된다.
부르돈관(Bourdon tube) 압력계는 0.6 ~ 7,000bar까지 측정이 가능하다며, 구조는 단순하고 가격이 저렴하며 정확성은 높은 장점있다. 반면 늦은 측정 응답시간, Tube의 연구변형에 의한 오차 및 진동같은 충격에 취약한 단점이 있음

(브로돈관식 압력스위치)

(2) 다이아프램(Diaphragm)형 압력계

다이어프램 압력계는 얇은 막을 가진 형태의 압력계로 한쪽에서 압력이 가해지면 압력차로 인해 다이아프램이 다른쪽으로 변형이 일어나는 원리를 이용한 것이다.
금속 다이아프램과 비금속 다이아프램으로 구분되며 주로 유체의 압력 측정용으로 많이 사용된다.

(다이아프램형 압력계 구조 비교)

(3) 벨로우즈(Bellows)형 압력계

벨로우즈 압력계는 주름이 있는 금속박판 원통에 그 내부 또는 외부에 압력을 가하면 중심 축 방향으로 팽창 및 수축이 일어나는 원리를 응용한 것이다. 대부분 복귀용 스프링을 내장하고 있으며, 측정에 필요한 직선성을 고려해서 전체 가변 범위의 5~10% 정도만 측정범위로 제한하여 사용한다. 벨로우즈는 압력에 따른 길이의 변화가 다이아프램이나 부르돈관에 비해 커서 보통 저압 측정용에 많이 사용된다.

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Ⅰ. 압력 (Pressure)

1. 압력의 정의

2. 압력의 분류

1) 시간적 변화의 유무에 따른 분류

① 정압

② 변동압

③ 맥동압

2) 압력 기준치에 따른 분류

① 절대압

② 게이지압 (상대압)

③ 차압

3. 압력의 단위

1) 대기압(atm)

Ⅱ. 압력계 (Pressure Gauge)

1. 압력계 개요

2. 압력계 종류별 특징

1) 액주식 압력계

2) 탄성식 압력계

(1) 부르돈관(Bourdon tube)형 압력계

(2) 다이아프램(Diaphragm)형 압력계

(3) 벨로우즈(Bellows)형 압력계

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Ⅰ. 압력 (Pressure)

1. 압력의 정의

2. 압력의 분류

1) 시간적 변화의 유무에 따른 분류

① 정압

② 변동압

③ 맥동압

2) 압력 기준치에 따른 분류

① 절대압

② 게이지압 (상대압)

③ 차압

3. 압력의 단위

1) 대기압(atm)

Ⅱ. 압력계 (Pressure Gauge)

1. 압력계 개요

2. 압력계 종류별 특징

1) 액주식 압력계

2) 탄성식 압력계

(1) 부르돈관(Bourdon tube)형 압력계

(2) 다이아프램(Diaphragm)형 압력계

(3) 벨로우즈(Bellows)형 압력계