압력 센서(Pressure Sensor)는 압력 신호를 감지하여 일정한 규칙에 따라 사용 가능한 전기 신호로 변환하는 장치입니다.
압력의 측정 방식에 따라 게이지 압력 센서, 차압 센서, 절대 압력 센서로 구분됩니다.
압력 센서는 산업 자동화 분야에서 가장 널리 사용되는 센서 중 하나로,
수자원·수력 발전, 철도 교통, 스마트 빌딩, 자동화 생산 제어, 항공우주, 국방, 석유화학, 유정, 전력, 조선, 공작기계, 배관 시스템 등 다양한 산업 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다.
압력 센서의 수명에 영향을 미치는 환경 요인
1. 습기 및 부식성 환경 (고습·산성 환경)
습하거나 산성이 강한 부식 환경에서는 압력 센서의 탄성체가 손상되거나 내부 단락(쇼트) 이 발생할 수 있습니다.
이러한 환경에서는 외부 표면이 플라스틱 코팅 또는 스테인리스강 재질로 된, 내식성과 밀봉 성능이 우수한 압력 센서를 선택해야 합니다.
2. 고온 환경
고온 환경에서는 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.
- 탄성체 코팅 재료의 용융
- 용접부 이탈
- 내부 응력 구조 변화
고온에서 작동하는 경우에는 고온용 압력 센서를 사용해야 하며,
추가적으로 단열 처리, 수냉 또는 공냉 장치를 함께 적용하는 것이 필요합니다.
3. 인화성 및 폭발성 환경
가연성·폭발성 가스 환경에서는 압력 센서 자체뿐만 아니라 주변 장비와 작업자의 안전까지 위협할 수 있습니다.
이러한 환경에서는 반드시 방폭형 압력 센서를 사용해야 합니다.
방폭 센서의 하우징은 다음 요소를 모두 고려해야 합니다.
- 밀봉 성능
- 방폭 강도
- 방수·방습 성능
- 케이블 인출부의 방폭 및 화염 차단 성능
4. 분진 및 습기 환경
분진과 습기는 압력 센서 내부 회로에 단락을 유발할 수 있습니다.
이 경우에는 기밀성이 높은 센서를 선택해야 합니다.
환경에 따른 선택 기준:
- 건조하고 깨끗한 실내 환경 → 일반 밀봉형 센서 사용 가능
- 습하고 분진이 많은 환경 →
- 진공 질소 충전 밀봉 센서
- 다이어프램 열 재킷 밀봉 방식
- 다이어프램 용접 밀봉 방식 센서 권장
센서마다 밀봉 방식이 다르므로 기밀 성능 차이가 크다는 점을 유의해야 합니다.
5. 전자기장(EMI) 간섭 환경
강한 전자기장은 압력 센서의 출력 신호에 오차를 유발할 수 있습니다.
이 경우 센서의 전자기 차폐 성능(EMC/EMI 내성) 을 반드시 확인해야 하며,
차폐 설계가 우수한 제품을 선택해야 합니다.
압력 센서의 내식(방식) 기술
압력 센서는 다양한 산업 환경, 특히 부식이 심한 산업 현장에서 널리 사용되므로 내식 성능이 매우 중요합니다.
1. 316L 스테인리스강 적용
- 센서의 접합부와 압력 챔버를 수입산 스테인리스강으로 일체 가공
- 316L 재질은 우수한 내식성과 감쇠 특성을 보유
- 316L과 호환 가능한 모든 매질 측정 가능
- 316 및 317L 합금은 5% 염수 분무 시험 100시간 무부식 확인
2. 매질 호환성 확인
- 측정 대상 매질이 316L과 호환되는지 사전 확인
- 제품 선택 시 반드시 제조사에 매질 영향 여부 문의
- 사용자 요구에 맞는 내식 탄성체 재질 선택
3. 격리(아이솔레이션) 방식 적용
- 압력 트랜스미터 전면에 몰리브덴, 티타늄, 탄탈럼 다이어프램 적용
- 다이어프램과 오리피스 튜브 사이 압력은 메틸 실리콘 오일로 전달
- 최소 측정 범위: 0 ~ 100 kPa
추가 방식:
- 다이어프램 내식성이 부족할 경우 F46 다이어프램 추가
- 단, 감도는 일부 저하
- F46을 직접 격리 다이어프램으로 사용 가능
- 불소계 오일 사용 시 이중 격리 효과 가능
결론
압력 센서 사용 중 측정 매질과의 부적합이 확인되면 즉시 교체해야 합니다.
특수 매질의 경우 특수 재질 또는 특수 구조 센서를 적용해야 합니다.
압력 센서는 앞으로 더욱 다양한 산업 분야에서 활용될 것이므로,
제조사는 신소재 및 신기술을 적용한 압력 센서 개발을 지속해야 합니다.