산업용 계측기에 관해 시간을 보낸 적이 있다면 사람들이 "변환기"와 "송신기"를 앞뒤로 바꾸는 것을 거의 확실히 들어보셨을 것입니다. 새로운 기술자가 이 용어를 혼동하고, 조달 팀이 다른 용어를 의미할 때 하나를 요구하며, 심지어 일부 제품 카탈로그에서도 이 용어를 같은 의미로 사용합니다. 이러한 혼란은 현장에서 실제 문제를 야기합니다. - 각 장치의 기능과 함께 작동하는 방식을 정확히 파악하는 사람이 아무도 없기 때문에 프로젝트 지연과 반품 배송이 발생하는 것을 보았습니다.
사실, 그것들은 같은 것이 아닙니다. 변환기와 송신기는 한 쌍으로 작동하며,모든 압력 트랜스미터두 부분을 모두 사용하여 물리적 압력을 판독하고 이를 공장 전체의 제어 시스템으로 보냅니다.
이 가이드는 둘 사이의 핵심 차이점을 분석하고, 일반적인 압력 트랜스미터의 작동 방식을 단계별로 안내하고, 가장 일반적인 세 가지 압력 측정 유형을 설명하고, 모든 공정 플랜트에서 볼 수 있는 표준 출력 신호를 다룹니다. 결국에는 두 가지를 구분하고, 트랜스미터 하우징 내부에서 일어나는 일을 이해하고, 자신의 애플리케이션에 대해 더 나은 크기 결정을 내릴 수 있게 됩니다.
송신기와 변환기: 실제 차이점은 무엇입니까?
직선을 유지하는 가장 쉬운 방법은 변환기가 압력을 감지하고 송신기가 신호를 보내는 것입니다. 이는 종종 하나의 기기 - 내에 함께 패키지되는 두 가지 별도의 기능이므로 많은 사람들이 용어를 혼동합니다.
변환기의 역할
변환기는 한 형태의 에너지를 다른 형태로 변환하는 장치입니다. 압력 측정에서는 유체 또는 가스 압력으로부터 물리적인 기계적 힘을 가져와 이를 작고 약한 전기 신호로 변환합니다.
해당 원시 전기 출력은 매우 작은 - 일반적으로 밀리볼트 -이며 표준화되지 않았습니다. 이는 센서 설계마다 다르며 소음을 포착하거나 정확도를 잃지 않고 짧은 거리 이상을 이동하기에는 너무 약합니다. 원시 변환기 신호 자체는 시설 반대편에 있는 PLC 또는 DCS로 보내는 데 유용하지 않습니다.
트랜스듀서는 스트레인 게이지, 용량성, 압전, 전위차 등 다양한 감지 기술로 제공됩니다. 어느 것이 사용되는지는 응용 분야의 압력 범위, 매체 유형, 온도 및 정확도 요구 사항에 따라 다릅니다.
송신기가 하는 일
송신기는 변환기와 조건에서 약한 비표준 전기 신호를{0} 받아 증폭하고 장거리를 안정적으로 이동할 수 있는 표준화된 산업 출력 신호로 변환합니다.
트랜스미터의 임무는 작은 가변 신호를 일관되고 보편적으로 인식되는 범위 - 가장 일반적으로 전류 루프의 경우 4~20mA, 전압 출력의 경우 1~5V -로 바꾸는 것입니다. 여기서 범위의 하단은 측정된 압력의 0%이고 상단은 100%입니다. 이 표준화된 신호는 정확성을 잃지 않고 플랜트 배선을 통해 수백 미터를 실행할 수 있으며 전 세계의 모든 제어 시스템은 이를 해석하는 방법을 알고 있습니다.
용어가 자주 혼동되는 이유
오늘날 판매되는 거의 모든 최신 압력 트랜스미터는 단일 하우징 내부에 트랜스듀서 감지 요소와 트랜스미터 회로를 모두 패키지로 제공합니다. 대부분의 현장 계측기의 경우 별도로 구매하지 않고 - 완전한 어셈블리를 구매합니다.
시간이 지남에 따라 업계에서는 전체 장치를 두 가지 이름 중 하나로 부르기 시작했습니다. 일부 공급업체에서는 이를 압력 변환기라고 부르고 다른 공급업체에서는 압력 트랜스미터라고 부르며, 대부분의 -기성 필드 장치에 대해 두 이름 모두 동일한 전체 제품을 나타냅니다. 내부 구성요소를 수리하거나, 맞춤형 빌드를 위한 원시 센서 크기를 조정하거나, 구성요소-수준 부품을 비교할 때에만 이러한 구별이 중요합니다.
압력 트랜스미터의 실제 작동 방식(단계별)
모든 산업용 압력 트랜스미터 내부에는 격리 다이어프램, 감지 변환기 및 트랜스미터 신호 회로의 세 가지 핵심 단계가 있습니다. 프로세스 압력을 가할 때 각 단계에서 발생하는 상황은 다음과 같습니다.
1단계: 측정 다이어프램이 먼저 접촉합니다.
공정 유체나 가스는 민감한 감지 요소에 직접 닿지 않습니다. 먼저 트랜스미터의 프로세스 연결면에 용접되거나 고정된 얇고 견고한 측정 다이어프램을 누릅니다.
이 다이어프램은 스테인레스 스틸, 하스텔로이(Hastelloy) 또는 공정 매체에 적합한 기타 내부식성{0}}재료로 제작됩니다. 압력이 가해지면 매우 약간 구부러지며 충전 유체(보통 실리콘 오일 또는 기타 불활성 액체)를 통해 해당 힘을 반대쪽의 실제 센서 요소로 전달합니다.
이러한 분리는 두 가지 중요한 목적을 제공합니다.
- 부식성, 마모성 또는 더러운 공정 매체로부터 깨지기 쉬운 감지 물질을 보호합니다.
- 공장에서 센서를 교정하고 밀봉할 수 있으므로 가혹한 현장 조건에서도 수년간 정확성을 유지합니다.
2단계: 변환기가 힘을 전기 신호로 변환합니다.
충전 유체 뒤에는 실제 압력 센서인 변환기(-)가 있습니다. 산업 공정 응용 분야에서는 세 가지 기술이 가장 일반적입니다.
스트레인 게이지 센서가장 널리 사용됩니다. 작은 스트레인-민감 저항기 패턴이 견고한 다이어프램에 결합되어 있습니다. 압력이 다이어프램을 편향시키면 저항기가 늘어나거나 압축되어 전기 저항이 변경됩니다. 이 변화는 매우 작으며 휘트스톤 브리지 회로를 통해 측정되어 압력에 비례하는 밀리볼트{4}} 수준의 출력을 생성합니다.
정전 용량 센서두 개의 평행한 금속판을 사용합니다. 하나는 고정되어 있고 다른 하나는 유연한 다이어프램에 부착되어 있습니다. 압력이 다이어프램을 움직이면 플레이트 사이의 간격이 바뀌고 이로 인해 전기 용량이 변경됩니다. 이 설계는 매우 낮은 압력 범위에서 매우 안정적이며 넓은 온도 변화에서도 잘 작동합니다.
압전 센서결정질 재료가 기계적 응력을 받을 때 직접적으로 작은 전압을 생성합니다. 빠른 압력 스파이크와 동적 압력 변화를 측정하는 데는 탁월하지만 정상 상태의 공정 압력 측정에는 덜 일반적입니다.-
모든 경우에 최종 결과는 동일합니다. 즉, 압력 변화에 따라 변화하는 매우 작은 전기 신호입니다. 이 신호 자체는 식물 전체로 보내기에는 너무 약하고 너무 쉽게 왜곡됩니다.
3단계: 송신기 회로가 표준 출력을 생성합니다.
원시 변환기 신호는 송신기의 전자 회로 기판에 공급됩니다. 이 보드는 세 가지 주요 작업을 수행합니다.
1. 신호 컨디셔닝: 전기적 노이즈를 필터링하고, 온도 드리프트를 보상하고, 출력을 선형화하여 신호가 전체 범위에 걸쳐 압력을 균등하게 일치시킵니다.
2. 증폭: 작은 밀리볼트 신호를 강력하고 사용 가능한 수준까지 증폭시킵니다.
3. 표준화: 신호를 2선 산업용 설치의 경우 거의 항상 4~20mA, 더 짧은 거리의 캐비닛 사용의 경우 1~5V인 보편적으로 인식되는 출력 범위 -로 변환합니다.
최종 표준화된 신호는 트랜스미터 단자를 통해 제어 시스템으로 전달되며, 여기서 PLC 또는 DCS는 전류 또는 전압 값을 읽고 이를 실제 압력 판독값으로 다시 매핑합니다.
3가지 일반적인 압력 측정 유형
압력 트랜스미터가 모두 동일한 방식으로 압력을 측정하는 것은 아닙니다. 그들이 "영점"으로 참조하는 것은 판독값을 해석하는 방법을 변경합니다. 세 가지 주요 유형이 있으며 잘못된 유형을 선택하는 것은 매우 흔한 크기 조정 실수입니다.
게이지 압력
게이지 압력은 공정 플랜트에서 사용되는 가장 일반적인 유형입니다. 현재 대기압을 기준으로 압력을 측정합니다.
게이지 압력 트랜스미터에 0이 표시되면 내부 압력이 외부 대기 압력과 동일하다는 의미입니다. 판독값에는 일반적으로 psi(g) 또는 bar(g)와 같은 (g) 접미사가 붙습니다.
게이지 압력은 대부분의 일반적인 탱크 압력, 라인 압력 및 펌프 배출 측정에 사용됩니다. 절대압이나 차압을 측정해야 하는 특별한 이유가 없다면 거의 확실히 게이지 압력이 필요합니다.
절대압력
절대 압력은 완전 진공 - 0 psi(a)=총 진공을 기준으로 측정됩니다. 여기에는 판독값의 일부로 대기압이 포함됩니다.
해수면에서 정상 대기압은 대략 14.7psi(a)입니다. 즉, 대기에 개방된 탱크는 절대 압력 트랜스미터에서 14.7psi(a), 게이지 압력 트랜스미터에서는 0psi(g)를 읽습니다.
절대 압력은 진공 공정, 밀봉 가스 시스템, 증기압 측정 및 지역 대기압 변화와 관계없이 판독이 필요한 모든 응용 분야에 사용됩니다.
차압
차압(DP) 트랜스미터는 두 개의 개별 입력 포트 사이의 압력 차이를 측정합니다. 그들은 - 어느 한 지점의 압력이 다른 쪽보다 얼마나 높은지 알려주지 않습니다.
이는 매우 다양한 측정 유형입니다. 차압 트랜스미터는 다음 용도로 사용됩니다.
- 오리피스 플레이트, 벤츄리 튜브 및 유량 노즐 전반에 걸친 유량 측정
- 헤드 압력과 가스 블랭킷 압력을 비교하여 가압 탱크의 레벨 측정
- 압력 강하를 측정하여 필터 및 스트레이너 막힘 감지
- 펌프 차압 모니터링
내부 센서는 동일한 기본 방식으로 작동하지만 감지 다이어프램의 한쪽이 아닌 양쪽의 압력에 노출됩니다.
표준 출력 신호: 4~20mA 대. 1~5V
거의 모든 산업용 압력 트랜스미터에 사용되는 두 가지 출력 표준을 볼 수 있습니다. 각각에는 최상의 사용 사례가 있습니다.
4~20mA 전류 루프(가장 일반적)
4~20mA 신호는 산업 공정 제어의 핵심입니다.. 4 mA는 압력 범위의 0%에 해당하고 20mA는 100%에 해당합니다.
전류 신호의 가장 큰 장점은 긴 배선에도 품질이 저하되지 않으며 모터, VFD 및 기타 플랜트 장비의 전기적 노이즈에 대한 저항력이 높다는 것입니다. 또한 동일한 전선 쌍이 송신기에 전원을 공급하고 측정 신호를 전달하는 2-선 작동도 지원합니다.
4mA "라이브 제로"는 의도적인 것입니다. 신호가 0mA로 떨어지면 제어 시스템은 즉시 이를 제로 압력 판독값이 아닌 단선 또는 고장난 트랜스미터로 인식합니다. 이는 중요한 안전 및 진단 기능입니다.
1~5V 전압 출력
전압 출력은 현장 설치에서는 덜 일반적이지만 제어 캐비닛, 테스트 벤치 및 단거리 애플리케이션. 1 V=0% 범위, 5 V=100% 범위에서 널리 사용됩니다.
전압 신호는 단거리에서는 더 간단하고 저렴하지만 전선 저항으로 인해 장거리에서는 정확도가 떨어지고 전기 간섭을 훨씬 더 쉽게 포착합니다. 또한 별도의 전원 배선이 필요합니다. 제어된 캐비닛 환경 외부의 모든 경우에는 거의 항상 4~20mA가 더 나은 선택입니다.
빠른 선택 팁 및 일반적인 오해
여러 공정 공장에서 이러한 장비를 사용해 본 후에는 다른 것보다 더 많이 반복되는 몇 가지 실수가 있습니다.
1.절대압력을 실수로 사지 마세요. 표준 게이지 압력 적용을 위해 절대 트랜스미터를 주문하는 경우 모든 판독값은 약 14.7psi 정도 차이가 납니다. 주문하기 전에 항상 참조 유형을 다시 한번 확인하세요.-
2.4–20mA는 더 이상 사용되지 않습니다.. 오늘날 사용 가능한 모든 디지털 필드버스 프로토콜에도 불구하고 일반 4~20mA는 여전히 가장 보편적으로 지원되고 문제 해결이 가장 쉬우며 기본 압력 측정을 위한 가장 신뢰할 수 있는 신호 표준입니다.
3. 정확도는 센서 그 이상에 달려 있습니다.. 고정밀-트랜듀서는 잘못 설치되거나 정격을 벗어나는 극한 온도에 노출되거나 프로세스 매체에 대해 잘못된 다이어프램 재료와 일치하는 경우 여전히 나쁜 판독값을 제공합니다.
귀하의 공정에 맞게 압력 트랜스미터의 크기를 조정하고 어떤 압력 유형, 출력 신호 또는 다이어프램 재료가 귀하의 응용 분야에 적합한지 확실하지 않은 경우 항상 먼저 기기 전문가에게 확인하는 것이 좋습니다. 프런트 엔드에서 사양을 올바르게 설정하면 몇 주 동안의 리드 타임 지연과 나중에 반품을 방지할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
압력 변환기는 트랜스미터와 동일합니까?
정확히는 아닙니다. 변환기는 압력을 원시 전기 신호로 변환합니다. 송신기는 원시 신호를 받아 표준화된 장거리- 출력으로 변환합니다. 오늘날 판매되는 대부분의 현장 압력 트랜스미터에는 하나의 하우징에 두 부품이 모두 포함되어 있으므로 용어는 종종 같은 의미로 사용됩니다.
0~20mA 대신 4~20mA를 사용하는 이유는 무엇입니까?
4mA 라이브 제로는 두 가지 목적으로 사용됩니다. 즉, 2선 루프에서 트랜스미터에 전원을 공급하고 제어 시스템이 실제 제로 압력 판독값과 단선 또는 고장난 트랜스미터 간의 차이를 알려줍니다. 신호가 0mA로 떨어지면 즉시 오류로 인식됩니다.
압력 측정의 세 가지 유형은 무엇입니까?
세 가지 기본 유형은 게이지 압력(대기 기준), 절대 압력(진공 기준) 및 차압(두 지점 간의 차이 측정)입니다.
트랜스듀서는 트랜스미터 없이 작동할 수 있나요?
원시 변환기는 전기 신호를 생성하지만 매우 약하고 -표준이 아니며 장거리 전송에 적합하지 않습니다. 일반적인 공정 제어 용도의 경우 신호를 조절하고 표준화하려면 트랜스미터가 필요합니다.
최종 생각
압력 트랜스미터는 모든 공정 플랜트에서 가장 일반적인 기기 중 하나이지만 블랙박스처럼 취급하기 쉽습니다. 트랜스듀서와 트랜스미터의 차이점, 감지 요소의 작동 방식, 다양한 압력 및 신호 유형의 의미를 이해하면 이를 올바르게 지정하고 더 빠르게 문제를 해결하며 가장 일반적인 크기 조정 실수를 방지하는 데 도움이 됩니다.
결국, 최고의 압력 트랜스미터는 가장 멋진 사양을 갖춘 트랜스미터가 아니라 - 프로세스 매체, 압력 범위, 온도 및 설치 환경에 정확하게 일치하는 트랜스미터입니다.
귀하의 응용 분야에 적합한 압력 트랜스미터를 선택하는 데 도움이 필요하거나 출력 신호, 다이어프램 재료 또는 압력 유형에 대해 질문이 있는 경우 당사 기술 팀이 귀하의 프로세스 매개변수를 검토하고 적절한 크기의 구성을 권장할 수 있습니다.
참고자료
- 국제자동화학회(ISA). (2022).압력 측정: 원리, 설치 및 교정. 리서치 트라이앵글 파크, NC: ISA.
- 로즈마운트 주식회사(2024).압력 트랜스미터 기본 사항: 기술 및 애플리케이션 가이드. 에머슨 자동화 솔루션.
- WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG. (2023).압력 변환기와 트랜스미터 비교: 기술 설명. WIKA 산업용 계측기.
- 국립표준기술연구소(NIST). (2021).압력 측정기 교정. NIST 핸드북 150.
- ABB 측정 및 분석. (2024).산업용 압력 트랜스미터: 기술 선택 가이드.
