지식||차압 변환기를 이용한 액위 측정

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차압 변환기는 산업 생산 분야에서 매우 흔하게 사용되는 열공학적 측정 장비입니다. 주로 액체 매체의 압력을 측정하는 데 사용되며, 유량계, 레벨 게이지, 레벨 변환기, 용량식 레벨 게이지, 용량식 레벨 변환기, 레벨 스위치, 용량식 유량계, 레벨 계측기, 용량식 레벨 변환기, RF용 용량식 레벨 스위치, 음파식 레벨 스위치와 같은 다양한 물리적 파라미터를 측정하는 데에도 활용됩니다.현재 산업 자동화 생산 장비에서 차압 변환기의 활용 범위는 점점 더 넓어지고 있습니다. 하지만 일반적인 측정 기기로서 작동 중에 문제가 발생하는 경우도 많습니다. 생산 과정에서 문제가 생기면 신속하게 해결해야 합니다. 만약 신속하게 대처하지 못한다면, 생산의 정상적인 진행에 어느 정도 영향을 미칠 것이며, 심각한 고장의 경우에는 인명 안전까지 위협할 수 있습니다.이 글은 윤중 계측기 과학기술유한회사가 장기간에 걸쳐 쌓아온 경험을 바탕으로, 압력차 변환기가 수위 측정에서 어떻게 활용되는지 간략히 다룬 것입니다. 1. 차압 변환기의 작동 원리
차압 변환기는 일반적으로 밀폐된 용기 내의 액체 높이를 측정하는 데 사용됩니다. 액체 자체의 중력에 의해 발생하는 압력 차이를 이용하여 용기 내 액체의 높이를 측정하는 것입니다.고압측 측정관(그림 상단에 위치)은 증기가 응결되어 항상 물로 가득 찬 상태를 유지하여 압력을 일정하게 하며, 저압측 측정관(그림 하단에 위치)은 용기와 연결되어 있어 용기 내 액면의 변화에 따라 그 압력이 선형적으로 변화한다. △P를 변환기가 수신하는 차압 신호로 하고, P0는 용기 내부의 압력이며, P+는 변환기의 양압 측 압력이고, P-는 변환기의 음압 측 압력이다；ρ는 용기 내 액체의 밀도입니다；g는 중력가속도입니다；h1은 공정의 원점에서 용기 상부의 압력 측정 지점까지의 높이입니다；h2는 용기의 공정 액위입니다；h는 트랜스미터에서 공정 액위의 제로점까지의 높이입니다.그러면 다음과 같습니다:
P+ = P0 + ρgh1 + ρgh
P- = P0 + ρgh2 + ρgh
△P = P+ – P- = ρgh1 – ρgh2

액체의 높이가 h2=0에서 h2=h1로 변할 때, 차압 센서가 측정하는 차압은 최대값에서 ΔP=0으로 변합니다. 센서를 설정함으로써 출력되는 전류도 4mA에서 20mA로 변합니다. 二、트랜스미터의 제로점 설정 차압형 트랜스미터가 액위를 측정할 때, 제로점의 설정은 매우 중요한 요소입니다.송신기의 고압(H) 측과 저압(L) 측이 현장 측정관의 고압 측 및 저압 측과 일치하게 연결될 때, 고압 측의 압력 전달관은 항상 물로 가득 찬 상태를 유지합니다. 이때 송신기의 고압 단에서 측정되는 압력은 P+kPa가 됩니다. 반면, 송신기의 저압 측은 저압 측의 압력 전달관과 연결되어 있으므로, 여기서 측정되는 압력은 P-kPa가 됩니다. 따라서 송신기가 실제로 측정하는 압력 차는 (P+ - P-) kPa가 됩니다.탱크 내 액체의 레벨이 가장 낮을 때, 차압 값은 가장 크게 됩니다. 이는 변환기 내부에 설정된 LRV에 해당하며, 즉 변환기의 제로 포인트입니다. 이때 변환기는 4mA의 전류를 출력합니다. 반면, 탱크 내 액체의 레벨이 가장 높을 때는 차압 값이 0이 되며, 이는 변환기 내부에 설정된 URV에 해당합니다. 즉, 변환기의 최대 출력값입니다. 이때 변환기는 20mA의 전류를 출력합니다. 트랜스미터의 고압(H) 측과 저압(L) 측이 현장 측정용 튜브의 고압 측, 저압 측과 반대로 연결될 경우, 트랜스미터의 내부 설정을 수정해야 합니다. 즉, 트랜스미터의 LRV를 (P–P+) kPa로 설정해야 하는데, 이 값은 음수가 됩니다. 다시 말해, 트랜스미터가 압력 전달관과 어떻게 연결되든 상관없이, 트랜스미터의 정격값은 측정 용기의 최대 수위에 해당하며, 압력 차는 항상 0이 됩니다. 따라서 트랜스미터의 정격값 URV는 0 kPa가 되고, 출력 전류는 20mA가 됩니다.송신기의 고압 측이 압력 전달관의 고압 측과 연결될 때, 송신기의 제로 포인트 LRV는 최대 차압 값으로 설정됩니다. 반면, 송신기의 고압 측이 압력 전달관의 저압 측과 연결될 때는, 송신기의 제로 포인트 LRV는 최대 차압 값의 음수로 설정됩니다. 삼. 차압 변환기의 설치 요구사항
정확한 액위 측정을 위해서는 차압 변환기를 올바르게 선정하고 검증하는 것 외에도, 전체 시스템의 설치가 요구사항에 부합하는지 반드시 확인해야 합니다.송신기의 표시값은 측정 시스템 자체에서 오차가 발생하기 때문에, 때때로 측정 대상인 매체의 실제 파라미터를 반영하지 못합니다.시스템 설치 요구 사항에는 압력 측정구의 위치, 연결 카테터의 적절한 배치, 그리고 트랜스미터의 설치 위치 등이 포함됩니다. 먼저, 압력 측정 포트는 유체의 흐름이 안정적이고 소용돌이가 없는 영역에 위치해야 하며, 공정상으로도 측정하고자 하는 공정 파라미터를 정확하게 파악할 수 있어야 합니다.예를 들어, 차압 변환기를 사용하여 보일러의 증기탱크 내 수위를 측정할 때, 증기탱크 내 실제 수위는 탱크의 축 방향과 반지름 방향에 따라 달라집니다. 일반적으로 축 방향에서는 중앙 부분의 수위가 높고, 양쪽 끝의 수위는 낮습니다；방사형 방향으로, 하강관이 더 밀집된 쪽이 더 높다.모 발전소의 터빈 응축기 수위 센서의 경우, 측정 지점이 응축펌프 입구에 가까이 위치해 있어서 응축펌프가 작동할 때 그 부분의 수면이 내려가게 됩니다. 이로 인해 센서의 측정값이 현저히 낮아집니다. 이 문제를 해결하기 위해 측정용 튜브의 위치를 응축펌프 입구에서 멀리 떨어진 곳으로 옮겼습니다. 그 결과, 응축기 수위 센서의 측정값이 실제 수위와 일치하게 되어, 응축기가 안전하고 안정적으로 작동할 수 있게 되었습니다. 둘째, 액위를 측정할 때 차압 변환기가 측정하는 차압 값은 비교적 작아서, 일반적으로 몇 kPa에서 100kPa 사이입니다. 따라서 전체 측정 시스템이 측정 정확도에 큰 영향을 미칩니다.그림 1에 나타난 바와 같이, 압력 전달관을 설치할 때는 그 수평 부분에 일정한 경사가 있어야 하며, 가능한 한 경사각을 크게 하는 것이 좋습니다. 이는 압력 전달관 내부에 액체가 고여 측정값이 정확하지 않아지는 것을 방지하기 위함입니다. 또한, 변환기의 측정 범위가 매우 작은 경우에는 변환기의 출력값에 변동이 생길 수 있습니다.또한, 트랜스미터를 가동할 때는 압력 전달관 내의 기포를 가능한 한 제거해야 합니다. 이러한 기포들은 측정의 정확도에 영향을 미칩니다.압력 전달관의 상부 꺾임 부분 가장 높은 지점에 배기 장치를 설치하는 것도 고려할 수 있습니다. IV. 변환기의 제로 포인트 조정
차압 변환기를 이용해 액위를 측정할 때, 만약 변환기의 양압실과 음압실이 용기의 압력 측정 지점과 같은 수평면에 있다면, 별도의 조정이 필요하지 않습니다.실제 적용 시에는, 장비의 설치 위치나 유지보수의 편의성 등을 고려하여, 변환기가 반드시 압력 측정 지점과 같은 수평면에 있을 필요는 없습니다；또한, 측정 대상인 유체가 강한 부식성을 가지거나 점도가 매우 높은 경우에는, 그 유체를 직접 센서에 주입할 수 없습니다. 이럴 때는 분리용 액체 탱크를 설치하여, 압력 신호를 전달하는 데 사용해야 합니다. 이렇게 함으로써 센서가 부식되는 것을 방지할 수 있습니다.이때는 매질과 절연액의 액두가 변환기의 측정값에 미치는 영향을 고려해야 합니다.송신기의 설치 위치가 종종 최저 액위와 같은 수평면에 있지 않기 때문에, 액위의 높이를 정확하게 표시하기 위해서는 차압 송신기에 특별한 기술적 처리, 즉 오프셋 설정이 필요합니다.이동은 무이동, 부이동, 정이동으로 나뉜다. 소위 변송기의 “이동”이란, 측정 범위를 그대로 유지한 채 변송기의 측정 영역을 이동시키는 것을 말합니다.일반적으로 측정 시작점을 기준점 “0” 아래로 옮기는 것을 음의 이동이라고 합니다；측정 시작점을 기준점 “0” 위로 옮기는 것을 양의 이동이라고 합니다.30kPa 범위의 차압 변환기를 예로 들면, 오프셋이 없을 때 측정 범위는 0～30kPa이며, 100% 포지티브 오프셋이 있을 때는 30～60kPa가 됩니다. 100% 네거티브 오프셋이 있을 때는 -30～0kPa가 되고, 50% 네거티브 오프셋이 있을 때는 -15～+15kPa가 됩니다. 실제 작업 시에는 먼저 차압 변환기의 정격 범위를 확인한 다음, 보정을 마친 후 이동 나사를 사용하여 측정 시작점이나 최대 출력값을 적절한 위치로 조정하거나, 수동 조작기를 통해 이동량을 직접 입력합니다.예를 들어, -30～0kPa의 차압을 측정해야 하는 경우, 측정 범위는 30kPa가 됩니다. 전송기를 검증할 때는 음압실에 30kPa의 압력을 가한 뒤, 차압 전송기의 제로 조절 노브를 조정하여 출력값이 4mA가 되도록 합니다；그 후, 음압실에 압력을 가하지 않은 채로 차압 변환기의 범위 조절 노브를 조정하여 출력이 20mA가 되도록 합니다. 만약 수동 조작기를 사용한다면, 변환기의 LRV는 -30kPa로, URV는 0kPa로 설정합니다. 차압 변환기의 측정 범위는 정격 범위와 오프셋의 합과 같으며, 즉 측정 범위 = 정격 범위 + 오프셋입니다.따라서, 정적 이동과 부적 이동의 본질은 차압 변환기의 측정 범위의 상한값과 하한값을 변경하는 것이며, 측정 범위의 크기는 그대로 유지됩니다.차압 변환기가 액위의 양수 및 음수 이동을 측정하는 원리에 따라, 실제 운용 시에는 계측기의 사용 조건, 생산 설비의 공정 상황, 주변 환경 등을 고려하여 액위 측정 방법을 적절히 개선할 수 있다. 윤중 계측기술주식회사에서 생산하는 정전용량식 전송기는 측정 정밀도가 높고 조작이 간단하며, 전송기 자체에 고장이 발생할 가능성은 극히 낮습니다. 일정 기간 동안 사용한 후에 지시값에 큰 오차가 생기거나 제대로 작동하지 않는 경우, 그 원인은 주로 고압/저압 측의 압력 전달관이 막히거나 누출되거나, 이동량이 변하거나, 제로 포지션이 변동하거나, 절연 유체가 손실되는 것 등입니다. 또는 전송기가 음압 환경에서 작동하거나, 전송기의 측정 회로의 밀폐 상태가 좋지 않아 외부 공기가 측정 루프로 들어가는 경우도 있습니다.차압 변환기의 출력값이 너무 크거나 작을 경우, 압력 전달관을 3밸브 어셈블리에서 분리하여 음압 측을 대기압과 연결시킵니다. 그런 다음 수동 펌프를 사용하여 차압 신호를 변환기의 양압 측으로 보냅니다. 이때 변환기의 출력값이 4~20mA 범위에 있으며 오차가 0.8mA를 초과하지 않는지 확인합니다. 만약 변환기의 출력값이 정상이라면, 압력 전달관에 막힘이 있거나 누수가 발생한 것으로 판단할 수 있습니다.(바이두 문쿠)