한라IMS

Language

주메뉴

앞서가는 기업, 도전하는 기업, 세계최고의 그날까지 한라IMS는 최선을 다하겠습니다.


환영합니다. 이 컨텐츠는 플래시(flash)로 제작되었습니다. 이 컨텐츠를 보려면Flash Player(무료)가 필요합니다.

기술자료실

Home > 연구개발 > 기술자료실
기술자료실
제목 압력계측(Pressure) 기술자료
작성자 연구소 날짜 2012.06.08
첨부파일 압력계측.jpg  

□ 압력 센서의 개요

 압력과 stress 모두 비슷한 기본적인 정의를 가진다. 즉, 면적에 작용하는 힘을 측정하면 된다. 그러므로 이들 모두 N/m2의 단위를 가진다. 압력은 일반적인 용어이며, 일종의 stress 이다. 공기나 흐르는 액체와 같은 유체로 인한 힘을 의논할 때, 보통은 압력을 언급하게 된다. 고체 상태에서의 힘은 통상적으로 stress라고 한다.

압력센서는 압력의 변화를 내부에 있는 감압 센서를 통해 전기신호로 변환하는 것이다. 압력 센서는 미리 설정된 압력값을 넘었을 때 전기신호로 출력하는 용도로 흔히 사용되며, 공기압을 이용한 흡착 확인, 착좌 확인, 리크 테스트, 원압 관리 등 다양한 용도로 활용되고 있다. 그 용도는 각종 공업에서의 계측, 화학 공업에서의 플랜트 제어, 의료용 분야, 자동차, 자동화 기계, 로봇 제어, 유압 및 공압 기기 등에 반드시 필요하며 중요한 센서이다.

기체, 액체와 같은 유체의 압력이란 단위 면적당 작용하는 힘을 의미한다. 물질은 상태에 따라 성질이 달라지는데, 고체 내에서는 압력에 따른 유동이 없으므로 힘의 방향성이 보존된다. 즉, 압력은 방향성을 지니고 있어, 한 점에서의 압력도 방향에 따라 크게 다르다. 고체와는 대조적으로, 기체 액체와 같은 유체는 힘의 치우침에 따라 유동하므로, 압력의 방향성이 없고, 어떤 점에서 어느 방향의 면에 대해서도 같은 크기의 압력이 작용한다. 따라서 한 점에 대해 하나의 압력값이 결정된다.

유체의 등방적 성질을 발견한 파스칼의 이름을 따라 파스칼의 원리라 한다. SI 단위계에서 압력의 단위로 사용하는 파스칼(Pa)은 그의 이름을 따 온 것이다. 또한 압력의 측정은 유체의 상태를 아는 데 있어 온도와 더불어 중요한 요소로 이의 측정으로부터 힘이나 무게를 검출하게 된다.

 

Pa(파스칼) : 1Pa는 1m2 당 1N의 힘이 작용하는 압력이다. (1Pa = 1N/m2)

 

mmHg : 표준 중력 가속도 9.8m/sec2 하에서 표준상태(1도씨, 1기압)의 수은의 액주차 1mm에 대응하는 압력으로 진공도의 표시에 많이 사용된다. 독일의 진공압 단위 torr(토르)도 같은 크기이다.

 

Psi : 미국, 영국 등 파운드 질량 단위권에서 쓰이는 압력 단위. 1inch2 당 1중량 pound의 힘이 작용하는 압력. (pound/inch2)

 

Kgf/cm2 : 표준 중력 가속도 9.8m/sec2 하에서 1cm2 당 1kg의 질량이 작용하는 힘의 크기에 대응하는 압력이다.

 

□ 압력 센서의 용도

각종 시스템에서 압력을 측정하는 압력 센서는 공업계측, 자동제어, 의료, 자동차 엔진 제어, 전기용품 등 그 용도가 다양하고 폭넓게 사용된다. 냉장고, 룸 에이컨, 진공청소기, 세탁기, 가정용 혈압계, 맥박계 등의 가전제품과 연료 분사압, 엔진 배기압, 서스펜션, 에어백 시스템, 브레이크 시스템, 공조 시스템 등의 자동차 관련 산업에 이용되며 화학 플랜트, 석유정제 라인, 정유 탱크, 프레스, 사출기, 종이, 펄프 제조, 발전소, 하수처리장, 열소각로, 수압청소 보일러, 컴프레서, 공조기기, 냉동고 등의 일반 산업용에도 이용된다. 또한 웨이퍼 흡착압 감지, 초순수 라인, 공조 라인, 가스 공급, 진공 라인의 반도체 제조에도 많이 사용되고 있으며, 인공 심장, 인공 신장, 혈압감시 시스템, 약물 주입, 수혈 제어, 맥박 감지, 산소 공급 시스템 등의 의료기기에도 이용된다.

 

□ 압력 센서의 종류

변위, 변형, 열전도율, 진동수 등을 이용하며, 최근에는 반도체 기술과 마이크로머시닝 기술의 발전으로 소형화, 복잡화된 다기능의 스마트 센서에 대한 관심이 커지고 있다.

압력 센서의 종류는 압력을 검출하는 방식에 따라 분류되며, 기계식, 전기식, 반도체식으로 분류할 수 있다.

이 중에서도 전기식 압력 센서는 전극 간의 정전용량 변화로부터 그 변위를 측정하는 방식이며, 스트레인 게이지를 이용한 압저항형, 유기 또는 무기 압전소자를 이용한 압전형, LVDT 인덕티브 타입의 코일형 등이 있다.

 

□ 압력 센서의 국내 제조사

1. 기계식 압력 센서의 경우에는 우진계기, 명성계기, 코닉스, 한국 나가노 등의 업체들이 생산하여 공급하고 있다.

2. 전기식 압력 센서의 경우 스트레인 게이지를 이용한 다이아프램 압력 센서가 많으며 대성전기, 대화계전, 코닉스, 명성계기 등에서 상품화 하여 공급하고 있다.

3. 반도체식 압력 센서는 대성전기, 케피코, 한국 모토롤라, 맨텍 등에서 국산화하여 개발 중이다.

 

□ 압력 센서의 국산화

- 공정제어, 화학 플랜트, 반도체 산업에 적용되고 있는 압력 센서는 감지 방식에 관계없이 거의 전량을 수입에 의존하고 있다.

- 압력 센서 기술개발은 센서기술연구소, 서울대학, 한국과학기술원, 영남대학 등에서 이루어지고 있다.

 

□ 압력 센서의 외국 동향

미국 Nova Sensor, Honeywell, Motorola, GM, 네델란드의 Philips, 일본의 코팔전자, 나가노계기, 도요다 공기 등이 있다.

 

□ 정전용량형 압력 센서

두 개의 평행 평판을 이용한다.

 

□ 압저항형 압력 센서

스트레인게이지를 이용한 압저항형 압력 센서는 성능 및 가격면에서 우수하여 가장 많이 사용된다.

 

압저항식은 ‘저항 확산식’ 또는 ‘확산식’이라고도 하며, 저항소자를 형성시킬 때에 반도체의 불순물 확산공정을 이용하기 때문이다. 다음은 압저항식 압력센서의 구조를 나타낸 것이다. 범용으로 엔진 제어, 공업계측, 의료 등에 많이 쓰인다.

 

□ 다이아프램

다이아프램은 단결정 실리콘을 화학적으로 에칭하여 형성하며, 다이아프램에서 발생하는 응력을 전기적 신호로 변환하는 방법은 다음의 것들이 있다.

1. 진동자의 고유진동수 변화

2. 표면 탄성파

3. 압저항식

4. 정전용량식

   

□ 정전용량식 압력 센서

정전용량식은 서로 마주보고 있는 전극판의 간격이 외부로부터의 응력에 의해 변화되어 전극 간의 정전용량이 변화하는 현상을 이용한 것이다.

정전용량식은 압저항식에 비해 고감도이며, 온도 특성이 우수하다. 고감도이므로 생체 등 미압의 영역에서 사용할 경우 큰 장점을 나타낸다.

  

□ 압력 측정의 종류

P1은 높은 압력, P2는 낮은 압력일 때 다음과 같이 측정한다.

 1. 차압 센서(Differential Pressure) : P1을 변화압력으로, P2를 기준압으로 하여 측정한다. P1과 P2 모두 변화하여도 그 둘 사이의 압력차만을 측정한다. 응용 분야는 공기 및 유체의 흐름, 속도의 제어, 공기 필터의 상태감지, 기타 둘 이상의 압력을 감지하는 제어 시스템이다.

 2. 게이지압 센서(Gauge Pressure) : P2가 대기압에 노출되어 있어 대기압을 기준으로 P1의 변화 압력을 측정한다. 유체 레벨의 측정에 이용하며, 이 때의 P2 즉, 대기압은 해수면을 기준으로 측정한다고 가정하면 14.7psi = 1atm = 760Torr(mmHg) 이다. 산업용 유체 및 펌프 제어, 공조 시스템, 혈액이나 수액의 압력측정, 호흡조절 등에 사용된다.

3. 절대압 센서(Absolute Pressure) : 제로 압력 즉, 진공 압력을 기준으로 P1의 변화 압력을 측정한다. 고도 측정, 심해 측정, 기압계, 압력 스위치, 진공압(부압) 측정 등에 이용한다.

 4. 실드 게이지압(Sealed Gauge Pressue) : 14.7psi 즉, 1기압의 압력을 P2에 밀봉하고 이를 기준으로 P1의 압력을 측정한다. 위험한 환경이나 대기압이 변화하는 환경에서도 일정한 기준 압력을 유지하기 위해 압력 센서의 내부에 1기압의 압력을 밀폐함으로써 표준 압력으로 참조하게 된다.

  

공기의 무게 때문에, 지구 표면의 모든 물체는 압력 하에 있게 된다. 이것이 대기압(atmospheric pressure)이다. 해수면에서의 대기압의 표준값은 1.01325E5 N/m2 이다. 그러나, 실제 대기압은 지속적으로 변화한다. 기상예보에서 그 기준값이 저기압, 고기압이라는 것을 듣게 된다. 대기압은 고도에 따라 변화한다. 높은 곳에 있을수록, 더 적은 공기가 위에 있게 되어 대기압은 낮아진다.

대기압의 변화 때문에, 제로압력에 대해 절대적으로 압력을 측정하는 것이 어렵게 된다. 절대 압력의 측정은 대기압의 정확한 측정을 요구한다. 압력측정에서 흔히 사용하는 용어는 게이지 압력인데, 이것은 제로점으로서 대기압을 사용한다. 절대압은 게이지압력과 대기압력의 합이다.

 압력계측

<참고문헌>

FA저널, 2001. 6.

lastest update : 2012-06-08

목록


부산광역시 강서구 화전산단 1로 115(화전동), (구)부산광역시 강서구 화전동 595-4번지 전화 051) 601-7000 팩스 051) 831-1850 메일 hanla@hanlaims.com

Copyright(c) HANLA IMS Co.,Ltd. All right reserved.