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Pneumatic Transmitter

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1. 공기식 계기의 동작원리

1-1. 편위형 (직동식)

1-2. Feedback Type 계기

가) 특징

나) 변위 평형식

다) 역평형식

라) 역평형식과 변위평형식 계기의 비교

1-3. 공기식 계기에 사용되는 주요 부품

가) Bellows

나) Diaphragm

다) Spring

라) Flapper – Nozzle

마) Control Relay (Pilot Relay)

2. 공기식 전송기

가. d/p Cell Transmitter

나. 특징

3. d/p Cell 차압전송기의 응용

目 次

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1.공기식 계기의 동작원리

: 계기라고 하는 것은 외부 신호 변환을 행하는 장치라고 생각할 수 있다.

따라서 여기에는 반드시 신호의 입력과 출력이 존재한다. 공기식 계기로는 입력, 출력신호가

어떤 형태로 취급되고 있는가를 생각해보면 변위, 힘, 또는 압력이 어떠한가를 알 수 있다.

즉, 공기식 계기는 어떤 신호를 받아서 여기에 대응하는 변위, 또는 압력신호로 변환하는

것이라고 할 수 있다. 이 변환을 하는 동작은 다음과 같이 분류할 수 있다.

(1) 편위형 (Defection Type) 또는 직동식

(2) Feedback Type

- 변위 평형방식 (Motion Balance)

- 역평형 방식 (Force Balance)

1-1. 편위형 (직동식)

: 가장 간단한 것으로 입력신호에 의해서 발생되는 직접적인 결과를 출력이라고 하며,

Feedback 을 가지고 있지 않은 동작이다. 여기에는 그림 1-1처럼 변위입력에 의한

출력으로 압력을 내보내는 경우와 그림 1-2와 같이 압력입력에 의한 출력으로 변위를

내는 경우가 있다. 구조가 간단하므로 동작이 확실한 이점은 있으나, 사용부품의 전달특성의 비직선성이

그대로 계기의 입력-출력의 특성에 영향을 주고, 또 계기의 사용 조건의 변화 (공급공기압,

경년변화 또는 온도변화) 등에 의한 부품의 특성변화가 계기의 오차에 직결되는 것이므로

사용 부품의 선정이 대단히 중요하다.

그림1-1. 편위형계기의 동작원리도 그림 1-2. 편위형계기의 동작원리도

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1-2. Feedback Type 계기

가. 특 징

: 이 동작의 특징은 계기의 전향경로에 쓰이는 사용부품의 나쁜 특성을 보상한다.

입,출력간에 확실한 어떤 특정의 관계를 만들어 내는 일이 있다.그 목적을 적극적으로 수행하기 위하여 계기는 Feedback 회로를 갖는다.

그림 1-3, 1-4의 Block Diagram에서 명확한 것처럼 Flapper-Nozzle, Control Relay등

비직선성 또는 특성변화의 영향은 일순비례 Loop Gain k > 1 의 조건이 있으면, 계기의

입출력에 대해서는 대단히 적게 (약 1/k)되는 까닭이다. k 는 100 혹은 그 이상이 되도록

설계하는 것이 보통인데 충분히 크다고 할 수 있다.

출력으로 공기압을 취해 낼 수 있는 계기에는 반드시 변위 – 공기압 변환을 하는 Flapper

- Nozzle 기구가 사용된다. 이것은 Feedback 회로를 갖지 않고 사용했을 때 계기의

소요정도를 만족할 만한 우수한 전달특성은 갖고있지 않다. 높은 정도를 요구하는 전송기, 조절계 등이 꼭 Feedback 형으로 되어있는 것은 이와같은 이유에서다.

나. 변위 평형식

: 그림 1-3에 있어서 입력 xi가 Flapper 좌단에 변위를 주게 되면 Nozzle 배압이 변화하고

이것이 Relay로 증폭되어서 출력 Po 가 된다. 이 압력은 동시에 Feedback Bellows에 가해지고 Flapper 우단을 Spring과 함께

변위시켜 Nozzle – Flapper 간격을 본 상태로 돌린다. Flapper 는 알맞게 Nozzle 선단에

지점을 갖게하고 여기에 떠받치는 것처럼 움직인다. 따라서 입력 xi와 Spring의 변위는

비례하여 이것은 다시 Bellows 내의 압력, 즉, 출력압 Po 에 비례한다. 이와 같이 입력 xi에 비례하는 출력 Po 가 얻어진다. 입력에 비례되는 변위와 출력에

비례되는 변위가 항상 평형이 되는 것으로부터 이 명칭이 불리워졌다.

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그림 1-3. 변위평형식계기의 동작원리 및 Block Diagram다. 역평형식

: 그림 1-4 좌단의 Bellows 에 입력압력 Pi 가 가해져, Lever 가 기울어진다.

Flapper – Nozzle 의 간격, Nozzle 의 배압, Relay출력 Po 가 변화한다.

이 압력은 Feedback Bellows 로 얻어진다. 출력압력에 비례한 힘을 Lever 에 가해서

입력에 의해 주어진 힘과 평형시킨다. 따라서 입력압력 Pi 에 비례하는 출력압력 Po 가

얻어진다. 이 힘의 평형을 얻는 Lever 는 보통 Force Bar 라 불리운다. 변위평형식의

Flapper 에는 거의 힘이 움직이지 않고 가볍게 움직이는데 반해 Force Bar 에는 큰

힘을 가하기 위해 고리 모양의 구조로 되어있다. 이상의 동작으로부터 역평형식이라고

불리우는 이유가 추측된다.

라. 역평형식과 변위평형식 계기의 비교

: 명칭으로 보아서 분명한 것처럼 변위형으로 Feedback 을 걸어 입력 변위와 평형시키는

것이 변위평형식이다. 힘으로 Feedback 을 행하여 입력의 힘괴 평형시키는 것이

역평형식이다.

그림 1-4. 역평형식 계기의 동작원리도 및 Block Diagram

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1-3. 공기식 계기에 사용되는 주요부품

계기는 일종의 신호변환기 (입력신호를 출력신호로 변환하는 것) 이다.

변환요소 변환신호Bellows 압력 Õ 힘

Diaphragm 압력 Õ 힘Spring 변위 Ö 힘Lever 힘 Ö 힘

Link 기구 변위 Õ 변위Flapper – Nozzle 변위 Õ 압력

Control Relay 압력 Õ 압력

( 표 1-1. 주요부품 및 그 기능 )

가. Bellows

: 원통에 신축이 가능하도록 몇겹의 주름을 부친 것인데, 압력을 힘으로 변환하는 요소로서

공기식 계기에는 가장 많이 사용되는 부품중의 하나이다.

입력압력 P, Bellows 선단의 움직임을 끌어당겨 정지하는 힘을 F, bellows 의 유효

단면적을 A 라고 하면, F = AP 라는 관계로 가해지는 압력에 비례하는 힘으로 변환한다.

Bellows 의 내측에 압력을 가하는 경우와 외측에 가하는 경우가 있다.

Bellows 는 압력 – 변위의 변환 요소로서 쓰이는 일도 있으나, Bellows 단체의 탄성

특성은 그다지 양호한 것이 아니므로 Spring 과 함께 사용, Spring 의 우수한 탄성을

이용하여 변위로 변환한다. 즉, 이 경우에는 Bellows 의 입력을 압력으로 하고, 다시

Spring 에서 힘을 변위로 변환시킨다고 생각된다.

Bellows 의 재료에는 일반적으로 동합금을 사용하고, 탄성특성이 우수하고 Hysteresis

가 적은 인청동이 사용되기도 한다. 또 Process Fluid 가 직접 Bellows 에 유입하는

경우에는 Stainless Steel등의 내식재료도 사용된다.

나. Diaphragm

: 격막의 일종으로 Bellows 와 같은 재료가 사용되고, 같은 변환을 한다. Bellows 보다

유효면적이 크게 되므로, 보다 저압의 변환에 사용된다. 1 매로서 허용변위가 너무

적어지는 경우에는 2 매 이상을 중첩해서 큰 변위를 얻도록 한다. 이것은 Bellows 와

유사하지만 구조 및 제작법이 전혀 다르므로 구별된다.

다. Spring

: 후크의 법칙 (Hooke’s Law)에 따라서 변위를 주면 변위에 비례한 힘, 힘을주면 힘에

비례하는 변위를 얻으며, 변위와 힘과의 상호변환을 행한다. Spring 정수의 온도 변화가

계기의 오차에 큰 영향을 미치는 경우가 많으므로, 일반적으로 금속 Spring 재료 뿐만

아닌 특정의 온도계수를 갖는 Spring 재료, 예를들면 Ni-Span C 등이 많이 사용된다.

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라. Flapper – Nozzle

: Flapper – Nozzle 기구는 변위를 공기압으로 변환하는 요소로서는 유일한 것이며, 계기의

출력이 공기압인 경우에는 꼭 사용되고 있다. 미소한 Power (변위 및 힘)에 의해서 소요의

압력변화가 얻어지는 특징이 있고, 이 특징을 가지고 있기 때문에 공기식 계기에 광범위

하게 사용되는 것이다. 0.2 ~ 1.0 kg/cm2 의 계기 출력을 얻는데 필요한 Nozzle –

Flapper 의 간격의 변화는 대개 0.02mm 정도로, 정확한 동작원리의 설명을 필요로 하지

않을때에는 간격은 변화하지 않는 것을 보아서도 전혀 사정이 나빠지지는 않고, 도리어

그 편이 알기 쉬운 경우가 있다. Flapper – Nozzle 기구는 계기의 다른 관로에 비해서,

상당히 직경이 적은 부분이므로 동작공기의 청정이 불완전한 경우에는 대단히 막히기 쉬운

결점이 있다. Nozzle 혹은 Orifice 의 어느것이 막혔어도 계기의 동작은 불완전하게 된다.

특히 Orifice 는 Nozzle 의 직경보다 적은 문제를 일으키기 쉬우므로 막힌 경우에는

Orifice 를 벗겨 내기도 하고 혹은 외부로부터 버튼을 눌러줌에 의해서 간단히 청소를 할

수 있도록 구조가 되어있다. 어떻게 해서든지 먼지와 기름이 없이, 또 탈습의 완전한 공기를

사용하는 것이 공기식 계기의 고장을 없애는 필수 조건이다.

재료로서는 Nozzle 에 Stainless Steel, Orifice 에는 인조 사파이어, 혹은 인청동이

일반적으로 쓰여지고 있다.

마. Control Relay

: Control (Pilot) Relay는 Nozzle 배압의 변화를 받아, 이것을 0.2~1.0 kg/cm2 의

공기압력으로 변환한다. Nozzle 배압에서 얻어진 공기량은 대단히 미량이므로, 이 공기를

큰 용량을 갖는 전송관이나 공기작동식 Control Valve 에 직접 접속하면 계기의 응답이

극히 늦게 되고 만다. Relay로는 Nozzle 배압을 증폭할 뿐만아니라 다량의 공기를 계기의

부하에 공급하고 계기의 응답속도를 증가시키는 Power 증폭기의 역할도 한다.

Pilot Relay는 동작 원리상으로 보면 Non-Bleed Type 과 Bleed Type 으로 나눌 수

있다.

(1) Non-Bleed type

Non-Bleed Type Control Relay의 동작 원리는 역평형식이다. 평형상태에 있어서는

Nozzle 배압 Pn이 상측 Diaphragm 의 유효면적 An에 가해서 발생한 힘 An Pn과

출력압 Po 가 하측 Diaphragm 유효면적 Ao 를 작용하여 발생한 힘 AoPo 가 평형해서

항상 AoPo = AnPn의 관계가 성립되고 있다. 따라서, 압력의 증폭율은 양 Diaphragm

의 유효면적 An/Ao 가 되고, 직선성은 비교적 양호함으로 공급압력 변동의 영향도 적다.

평상시에는 급.배기변 모두 폐지상태(폐지상태)에 있고, 공기는 Bleed(배기)하지 않는다.

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그림 1-5. Non-Bleed Type Relay 의 동작원리도

(2) Bleed Type

그림 1-6 에 동작원리를 보여주고 있다. Nozzle 배압은 Diaphragm 에 가하고 판 Spring

에 의해서 받쳐 있는 변을 움직인다. 변에는 급기측과 배기측이 있다. 그 중간에서 출력을

취출해낸다. Nozzle 배압에 의해서 급.배기변의 개도를 변화시켜 출력을 가감한다.

정상상태에 있어서는 급.배기변 모두 입력에 의해서 결정한 위치까지 열려있고, 급기변을

통해서 대기로 배기(Bleed)된다. 공급공기압 변동의 영향을 받기 쉽고, 또 직선성도 Non-

Bleed Type 보다 떨어지지만 일반적으로 Hysteresis 가 적고 증폭도도 높이 될 수

있으므로 Feedback 형의 계기에 사용하는 경우에는 계기 성능에 미치는 Relay특성의

영향은 현저하게 경감되어서 거의 문제되지 않는다.

그림 1-6. Bleed Type 과 Control Relay 의 동작원리도

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(3) Bleed Type 과 Non-Bleed Type 의 비교

Bleed Type Non-Bleed Type동작원리 편위식 역평형식

설 계 곤란 용이

조립분해 용이 곤란

증폭도 복잡 Diaphragm 면적비

공기소비량 10 ~ 20 N1/mm 2 N1/mm급배기량 소 대

직선성 약 양Hysteresis 양 악

공급압 변동의 영향 대 소

이상은 Pneumatic 계기에 사용되는 Element 및 그 구조에 대하여 간단하게 알아보았다.

다음은 Pneumatic Transmitter 에 대하여 학습하기로 하겠다.

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2. 공기식 전송기 (Pneumatic Pressure Transmitter)

전송기는 집중관리형의 계기 또는 소형계기군 중 하나로서 Process 변량을 검출하고

0.2 ~ 1.0 kg/cm2 의 통일 공통신호로 변환하는 일종의 변환기(Converter)이다.

전송기라고 하는 이름으로부터 관찰되는 것처럼 전송기의 중요한 역할은 Process 변량을

공기압 신호로 변환할 뿐 아니라 이것을 측정현장으로부터 각종 수신계가 설치되어 있는

운전관리실까지 이 신호를 전송한다고 하는 것이다. 공기 신호이므로 전송이 쉽고 전송거리는

300m 정도까지만 있으면 문제없다. 피변환량에 의해서 많은 종류의 전송기가 생각되지만

Process 공업에 있어서 가장 대표적인 차압(유량,액위)에 대해서 학습하기로 하겠다.

가. d/p Cell Transmitter

d/p Cell 이라는 이름은 차압변환기의 대명사처럼 쓰이고 있는데, 이것은 원래 Foxboro 형의

역평형식 차압전송기의 상품명이다. d/p Cell 은 유량, 액위, 밀도, 압력 등의 측정이

가능하므로 응용분야가 광범위한 것처럼 뛰어난 성능때문에 현재로서는 모든 Process 공업에

있어서 많은 실적을 가지고 있다.

원래 차압전송기는 그 응용분야가 넓고, 사용조건이 까다롭기 때문에 기술상 문제점을 많이

가지고 있는데, d/p Cell 은 이들 기술적으로 곤란한 점들을 잘 해결한 전송기의 걸작품이라

할 수 있다.

나. 특 징

d/p Cell 이 일반적으로 사용되기 이전에는 차압계로서는 오직 Mercury Manometer 식의

것이 사용되고 있었다. 또, 역평형식인 d/p Cell 의 대항 차압계로서, Diaphragm 혹은

Bellows 를 사용한 편위식의 것이 현재 사용되고 있다. 이와 같은 차압기와 대비하면서

d/p Cell 의 특징을 아래에 열거하고자 한다.

(1) 무수은이므로, 정기적인 Zero Check 이외에는 거의 보수를 필요로 하지 않고, 또

설치장소 및 취부 위치에 극히 높은 융통성을 갖고 있으며 취부 취외가 간단하다.

(2) 역평형식의 특징으로서 Hysteresis 등 마찰오차가 적고 또 양호한 직선성과 더불어

뛰어난 안정성을 가지고 있다. 그 위에 구조가 튼튼하고 또한 Compact 화 되어있기

때문에 응답이 빠르고, 외부의 진동에 강하다.

(3) 측정차압 Span은 127mmH2O ~ 21.6 mH2O까지 대단히 넓은 범위를 가지고

있으며, 이 범위에 있으면 어떠한 차압 Span도 간단히 조정되고 그 Span을 대폭

천위할 수가 있다. 또, 최대사용압력은 420 kg/cm2 까지 미친다. 최대사용압력의

차압을 장시간 가해도 전혀 이상을 일으키지 않는다.

(4) 유량, 액위, 밀도, 압력등 차압으로 변환되는 양은 모두 측정되며, 각각의 측정을

행하는데 적당한 기종이 완비되어 있을 뿐만 아니라, 각종의 부식성 유체에 대한 대책도

마련되어 있다.

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(5) 입력차압이 변화할 때 수압부의 용적변화가 현저하게 적으므로 Condenser 혹은 Seal

Pot등이 불필요하다.

다. 구 조

(1) 전체의 구조 :

: d/p Cell 의 구조는 본체와 수압 Diaphragm, 역평형기구, 공기배관 블록의 세개의

기본적 부분으로 구성되어 있다. 이것들은 각각 역학적으로 서로 독립된 구조로 되어

있어서 역평형 전송기구는 도압관이나 공기배선 으로부터 Stress 등 오차의 원인이 되는

것과 같은 외부의 힘의 영향을 받는일이 없다. 전금속성으로 충격이나 진동에 강하고

본체는 내식재로 사용할 수 있으므로 부식성이 강한 유체에도 사용할 수 있다.

그림 2-1. d/p Cell 의 내부구조

(2) 2 중 Diaphragm Capsule

: 유체로부터 직접 차압을 받아, 힘으로 변환하는 부분은 차압계로는 가장 어렵고 또 문제의

개소가 많다고 하나, 2 매의 Diaphragm 에 의하여 Capsule 구조로 극히 독창적인

설계에 의해 많은 어려움을 해결하였다. d/p Cell 로는 가장 좋은 특징을 가지고 있는

부분이라고 한다.

그림 2-2, 2-3 에 보여주는 것처럼 2 매의 파형 성형 가공한 금속 블록의 Backup Plate

를 넣어 2 매의 Diaphragm 은 블록의 중심을 관통해서 일체로 연결시켰다. 그래서

Diaphragm 과 Backup Plate 의 간격에는 점성의 온도계수의 적은 Silicon Oil이

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가득 채워져 있다. 이 기름은 Backup Plate 에 열려있는 두 개의 가는 구멍을 통해서

좌우로 이동된다.

(a) 검출감도를 높이고, 검출의 정도를 좋게하기 위하여 Diaphragm 을 얇게하고 탄성을

적게한다.Diaphragm 이 얇으므로 과대한 차압이 걸리는 경우에는 간단히 파손되는데

이 구조로는 Backup Plarte 가 Stopper 의 역할을 하고 그 이상 변위하지 않으므로

파손될 걱정은 없다.

(b) 봉입된 Silicon Oil과 두 개의 세공에 의해서 제동효과가 주어진다. 측정 유체중

불필요한 고주파 Noise 를 제거하고 또 Feedback 을 갖는 계기 전체의 안전성을

증가시킨다.

(c) Silicon Oil을 사용하고 있기 때문에 온도에 의한 제동효과의 변화가 적고 또 금속

부분 혹은 Silicon Oil등의 열팽창의 영향도 Twin Diaphragm Capsule 의 구조상

경미하다.

(d) 부식 등으로 파손할 경우에도 간단히 떼어 바꿀 수가 있다.

(e) 움직임이 대단히 적으므로 입,출력간에 직선성이 얻어진다. 그림 2-4 는 Diaphragm

단체의 차압과 변위와의 관계인데, 사용상태에 있어서의 중심부의 변위는 약

1/100mm 정도이다.

그림2-2. Twin Diaphragm Capsule 그림2-3. Twin Diaphragm Capsule 단면도

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그림 2-4. Twin Diaphragm Capsule 의 특성

(3) Body 및 Body Cover

: Body 및 Body Cover 는 고압실과 저압실을 구성하고 있어서 양실은 2 중 Diaphragm

Capsule 로 끊겨져 있다. 고압실, 저압실의 명칭은 그것들의 실에 실제로 가해지는

압력으로부터 정의되는 것이 아니고 액위 측정의 경우 저압실 쪽이 고압으로 되는 일이있다.

압력의 증가와 더불어 출력공기압이 증가하는 측을 고압실이라 부른다. 재질로서는 탄소강,

Stainless Steel 및 Monel Metal이 사용된다. 각 실의 최상부에는 가스 빼내는 곳이

있고, 최하부에는 Drain빼내는 곳이 있어, 각각 목적에 따라서 어떤 것인가를 사용한다.

또, 압력도압부에는 계란형의 도압관 접속블록이 사용되어 수리를 위해 벗길때에는 블록을

늦출뿐으로 도압관을 벗기지 않고 간단히 취하여 뗄 수가 있다.블록과 접속부에는 이물질의

침입을 막기 위하여 Stainless Steel의 Screen이 설치되어 있다.

(4) Elgiloy Diaphragm Seal

: 고압실 상부에 있어서 피측정 유체를 봉함과 동시에 차압에 의해서 생긴 힘을 외부에

취출하기 위한 지점으로 되어있다. 차압계의 심한 사용 조건하에 있어서 그 영향을 받기

쉬운 구조상 가장 어려운 부분의 하나이다. d/p Cell 로는 고탄성, 내피로성으로 단,

내식성이 큰 엘지로이드라고 하는 명칭의 얇은 합금제판을 사용했다. 엘지로이드는 시계의

스프링재료로 개발된 합금으로 다음과 같은 성분을 가지고 있다.

Co : 40%, Cr : 20%, Ni : 15%, Mo : 7%, Mn : 2%,

Be : 0.04%, C : 0.15%, Fe : 나머지

(5) Cover

: 알루미늄 다이캐스팅제로 외부로부터 영점 조정을 하기 위함과 내부의 Bleed 한 공기를

배출하기 위하여 설치된 것이다. 1 개소의 적은 구멍 이외에는 완전히 밀폐되도록 4 본의

나사로 조여져 있다. 따라서, Cover 내부는 쓰레기, 먼지, 부식성 분위기, 물방울등의

침입으로부터 보호하기 위해 항상 건조하고 깨끗한 공기속에서 사용된다.

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(6) Range Bar 및 Range Wheel

: Range Wheel은 Range Bar 의 지점이 되는 것이므로 Range Bar 에 달린 나사에

연하여 상하로 이동하는데 따라 지점의 위치가 연속적으로 변한다. 따라서 차압측정의

범위도 쉽게 대폭 연속적으로 변한다.

라. 동작원리

그림 2-5. D/p Cell 의 동작원리도

그림 2-5 의 d/p Cell 의 동작원리도에 있어서 Twin Diaphragm Capsule A에 걸리는

차압이 증가하면, Diaphragm 에는 좌로부터 우측방향으로 누르는 힘이 생기고 Force Bar

B 의 하단에 힘이 가해진다. Force Bar 는 Elgiloy Diaphragm Seal C 를 지점으로 하여

왼편으로 기울고 휘어진 판 D 를 통해서 Flapper G, Nozzle H 의 간격을 좁혀서 Nozzle

배압을 상승시킨다. 이 배압은 Control Relay J 로 증폭한 출력이 된다.

동시에 이 출력은 Feedback Bellows K 에도 유도되는 힘으로 변환된다. 이 힘은 Range

Wheel F 를 지점으로 하여 Range Rod E 에 의해서 Flapper 를 끌어올리는 방향의 힘을

주고, Nozzle 배압을 내려가게 하려고 한다. 이와 같이 해서 출력압력에 비례한 힘과 입력

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차압에 비례한 힘이 항상 평형되고 전송기는 차압에 비례한 출력공기압을 발생하는 것이 된다.

Twin Diaphragm Capsule 에는 1/100mm 정도의 변위밖에 일어나지않는 상태로 역평형

하고 있다. Range Wheel의 위치가 변하면 평형하는 2 개의 힘의 비가 변하고 0.2 ~ 1.0

kg/cm2 의 출력을 얻는데 필요한 입력차압 즉 정차압 Span이 변화하게 된다. Range

Wheel을 아래로 내리면 Span은 좁아지고 위로 올리면 넓어진다.

마. Calibration

역평형식은 입력에 대한 출력의 직선성이 극히 양호하기 때문에 어떤 차압측정 범위에 대하여

최소와 최대의 2 점을 합하는 것만으로 간단히 조정된다. 즉 차압 Zero 로부터 시작되는 측정

범위에 대해서는 차압 Zero 의 상태에 대한 출력신호가 0%가 되도록 영위조정 나사를 조정

해서 다음 차압의 최고값을 가한 상태에서 출력신호가 100%되도록 Range Wheel를 조정

한다. 이 조작을 여러번 반복하여 차압 0 ~ 100%에 대하여 출력신호가 0 ~ 100%되도록

한다.

3. d/p Cell 차압 전송기의 응용

1) 유량측정 (Flow Measurement)

d/p Cell 차압 전송기에 의한 유량측정은 차압식 유량검출기구 (Orifice, Nozzle, Venturi)에

의해 검출된 유량의 제곱에 비례한 차압을 측정하는 방법으로 d/p Cell 의 가장 대표적인 응용

분야이다. 차압과 유량의 관계를 수식으로 표현하면 Q = α√ΔP 처럼 된다.

(여기서, Q = 유량, α = 계수 , ΔP = 유량기구에 검출된 차압)

그림 3-1. 차압식 검출기구의 특성

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식을 Graph로 표시하면 그림 3-1 처럼 되고, d/p Cell 은 차압을 여기에 비례한 공기압으로

변환, 전송하고 이것이 수신부에 지시, 기록되는 것으로 계기의 눈금은 그림 3-47처럼 2 승

눈금이 된다. 유량검출기구에 있어서 고압측과 저압측의 두 개의 압력은 Tap으로 부터 취출

되며, 도압관에 의해 d/p Cell 에 인도되는 것인데, Tap의 취부방향은 유체의 상태에 따라

다르다.

(1) Tap의 취출방향

Gas, Vapor 의 경우는 Drain이 Tap으로부터 도압관에 들어가지 않도록 액체의 경우에는

기포 혹은 고형물질이 침입하지 않도록 Tap의 취부방향을 결정하는 것이 원칙이다.

(2) 차압검축기구와 d/p Cell 의 취부높이

d/p Cell 은 차압기구에 대하여, 기체의 경우에는 하부에 취부하는 것이 좋다. 증기의

경우에는 응결수에 의해 Seal되고, 기타 기체, 액체의 경우로 특히 Seal을 하는 경우에는

전부 d/p Cell 을 하부에 취부하는 것이 좋다. 이와 같이 할 수 없는 경우에는 기포 혹은

Drain이 Seal액에 혼입하지 않도록 고려하여 배관한다.

(3) 액체 Seal을 행하는 경우

도압관내의 Seal액에 의한 차압을 항상 Zero 가 되게 하기 위해서 그 액체가 일치한 것과

같은 배관을 행한다. 이 부분에 사용된 Condensate Pot or Seal Pot는 d/p Cell 의 경우,

차압의 변화에 의해 고,저압실의 용적변화가 극히 적으므로 보통은 불필요하다.

(4) d/p Cell 의 설치장소

이것은 유량측정에 한하지 않고, 모든 전송기에 있어서 공통점을 말하는 것인데, 진동,

온도변화, 부식성 분위기등이 적고 보수가 가장 쉽고 도압관이 아주 짧게 되도록 하는 위치에

설치되도록 고려하여야 한다. 수평방향으로 배관할 경우에는 1/10 정도의 구배로 부치고,

배관 계통의 최고, 최저 위치에는 꼭 Gas 를 빼고 Drain하는 곳을 설치해야 한다.