압력의 측정

압력의 측정

압력계라고 하는 것은 주로  유체 압력을 측정하는 것에  사용되어지는 계기의 총칭으로서 대기의 압력 측정에 사용되는 기압계외에 여러 종류의압력계 즉, 액체 압력계 탄성 압력계, 분동식 압력계등이 있으며, 특히 고압에 대해서는 기체압력계, 전기저항 압력계등이 있으며, 저압에는 진공계, 압력차를 검출하는 차압계, 미압에 대해서는 미압계등이 있다. 
 

초기의 압력계로는 U자관형 압력계(액주형 압력계)가 이용 되었으며, 압력의 절대 기준으로는 지금도 사용되고 있는 수은주형이 대부분이었다. 
하지만 액주형 압력계는 압력의 변화에는 민감하나, 제작상 문제점으로 인해 원거리간 전송기구의 부착에 어려움, 측정치의 원격 지시, 전송의  문제, 기계적으로  약하고 취급상 문제로 기계적 기구가 부착된 압력계가 19세기부터 연구되기 시작하여 19세기 중엽 부르돈과 샤퍼에 의해  고안된 압력계가 현재의 압력계의 기본형식으로 사용되고 있다. 

부르돈의 압력계는 금속관의 굴곡을 이용하였고, 샤퍼의 압력계는 금속박판의 변형을 이용한 것이었다. 

 

최근의 압력계를 크게 구분하면 압력을 측정하는 장치, 예를들면 액주형 마노메타, 분동식 압력계, 탄성식 압력계등을 들수 있으며, 또다른  하나는 압력변환기로서 역학적 변환요소로 쓰는 부르돈관, 다이아프램, 벨로우즈등이 있고, 전기적 변환요소인 스트레인게이지, 전기용량형,  압전형, 인덕턴스형, 전위 차계형 등이 있다.  

액주식 압력계 
    
일반적으로 투명 Glass 관을 이용하여 Glass관 내부를 액체로 충진시키고  미지 압력을 가하게 되면, 관내부 액의  Level 이 변화하고 이 변화된

액의 위치를 측정함으로 압력을 구하는 압력계이다.  

임의 관경  Glass관 내부 단면적상에 임의 높이의 액주가 있다면, 액주 저면에 작용하는 힘은 단면적당 받는 힘(F)에 의해 다음과 같다. 

 
    P = F/A = W/A = mg/A = ρ.V.g/A. = ρ.A.h.g/A = ρ.h.g [Pa] 
 

위식에서 ρ.g가 측정중에 일정하다면  압력 P와  액주 높이 h와는 비례관계를 가지므로 압력은 액주의 높이를 정확히 측정하므로 가능하다. 
일반적으로 실용화 되어 있는 것으로  U자관형, 단관형, 경사관형이 있다. 
구조는 다른 압력계에 비해 간단하고 구조적인 오차 발생이 적고, 고장이 적으며, 정확성이 높은 장점이 있다.  

그러나 온도의 영향을 민감하게 받고, 액체와 유리관벽의 오염에 따른 오차의 발생, 측정범위의 제약이 있다. 

 
액주형 압력계에 사용할 액체를 선정하고자 할 때，고려 사항은 다음과 같다. 

 
  ① 측정범위와 측정 정밀도에 적합한 밀도를 가지는 액체 
  ② 점도가 낮고, 유리관에 달라붙지 않는 액체 
  ③ 증발하기 어려운 액체 
  ④ 온도 변화에 따른 밀도의 변화가 작은 액체 
  ⑤ 냄새나 독성이 없고 관을 부식시키지 않는 액체 
  ⑥ 액면측정이 용이한 액체  

액주의 높이를 측정하고자 할때, 액체 물질에 따라 읽는방법이 서로 다르므로 액면을 측정할때 주의를 요한다.  

수은은 액면이 위로 볼록하고 물이나 기름은 액면의 경계선이 아래로 오목한 상태가 된다.  

따라서  수은을 읽을 때는 액면의 위를 읽고, 물이나 기름은 아래 오목한 부분을 읽어야 오차를 줄일수 있다.