압력계 레인지 계산법: 75% 규칙과 계산 예시

압력계 레인지 선정에는 정해진 답이 있습니다. 최대 예상 압력을 정적 부하는 0.75, 맥동 부하는 0.65로 나눈 뒤 가장 가까운 표준 레인지로 올림하고, 정상 운전 압력이 문자판 중앙 3분의 1에 들어오는지 확인합니다. 이 글은 계산식과 그 출처인 EN 837-2, 표준 레인지 계열, bar와 mbar 단위의 완전한 계산 예시 3건, 그리고 레인지를 더 키워도 소용없어지는 비율을 다룹니다.

압력계 범위 계산 공식

압력계 범위 선정은 공정 측의 한 가지 수치, 즉 계측기가 실제로 겪게 될 가장 높은 압력을 알면 산술적으로 계산할 수 있습니다. 실제 적용되는 공식은 정압 부하의 경우 최소 풀스케일 범위 = 최대 예상 압력 ÷ 0.75, 변동압 부하의 경우 ÷ 0.65입니다. 결과를 가장 가까운 표준 범위로 올림한 후 검증합니다.

1. 정상 작동 압력(P_normal)을 설정합니다.
2. 최대 예상 압력(P_max)을 설정합니다: 시동, 펌프 체절 양정, 밸브 전환, 릴리프 밸브 설정값.
3. 부하가 정압인지 변동압인지 결정합니다.
4. 정압 서비스의 경우 P_max를 0.75로, 변동압 서비스의 경우 0.65로 나눕니다.
5. 가장 가까운 표준 풀스케일 범위로 올림합니다.
6. P_normal이 다이얼의 중앙 1/3, 즉 풀스케일의 약 33–66% 내에 위치하는지 확인합니다.
7. 사용 압력점에서의 정밀도를 확인합니다: 풀스케일 × 정밀도 등급 ÷ P_normal.

6단계와 7단계는 대부분의 선정 가이드에서 생략하는 부분입니다. 올림을 하면 항상 사용 압력점이 다이얼에서 더 낮은 위치로 이동하므로, 주문하는 범위는 계산한 범위와 정확히 일치하지 않습니다.

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압력 범위 선정이 안전이 아닌 정밀도 문제인 이유

기계식 압력계의 정밀도는 실시간 측정값이 아닌 풀스케일(스팬)의 백분율로 표시됩니다. EN 837-1의 정밀도 등급 — 0.1, 0.25, 0.6, 1.0, 1.6, 2.5, 4.0 — 은 모두 스팬을 기준으로 하므로, 허용 오차는 측정하는 압력과 관계없이 다이얼 전체에서 공학 단위로 일정하게 유지됩니다.

이는 직접적인 결과를 낳습니다. 범위를 과도하게 선정하면 가장 중요한 지점의 오차가 증폭됩니다. 100 bar를 측정하는 1.6 등급 압력계는 다음과 같이 동작합니다.

두 가지 불이익이 중첩됩니다. 사용 압력점에서의 상대 오차는 과도하게 선정된 범위에 정비례하여 증가하므로, "안전을 위해 한 단계 위"로 선택한 압력계는 정작 자신의 사용 압력점에서 측정 성능이 눈에 띄게 저하됩니다. 이와 별개로, 지침은 눈금의 낮은 부분에 위치하게 되는데, 이 구간은 눈금 간격의 물리적 크기는 같지만 측정값에서 더 큰 비중을 차지하므로 분해능도 동시에 떨어집니다. 과도한 범위 선정은 정밀도를 두 번 해치면서, 실제로는 다이얼이 아닌 액세서리가 담당해야 할 보호 기능을 구매하는 셈입니다.

75% 및 65% 계수의 출처

EN 837-2, 압력계 — 제2부: 압력계의 선정 및 설치 권장사항에서는 최대 압력 부하가 정압 부하에서는 풀스케일 값의 75%를, 변동압 부하에서는 65%를 초과하지 않도록 권장합니다. 이는 제조 요건이 아닌 선정 권장사항이며, 공식에서 제수가 0.75 또는 0.65인 이유입니다.

이 표현은 주목할 가치가 있습니다. 이 계수는 정상 작동 압력이 아닌, 압력계가 겪게 될 최대 부하에 적용됩니다. "작동 압력을 풀스케일의 25%에서 75% 사이로 유지하라"는 지침은 두 가지 다른 변수를 혼합한 것입니다. 정상 압력이 스팬의 70%에 위치하고 과도 압력이 95%에 도달하는 시스템은, 정상 수치가 괜찮아 보이더라도 이 권장사항을 충족하지 못합니다.

제조업체의 선정 자료에서는 별도로 정상 작동 압력을 다이얼의 중앙 1/3, 즉 스팬의 약 33%에서 66% 사이에 두도록 권장합니다. 이는 인용할 수 있는 조항이라기보다는 가독성을 위한 널리 권장되는 관행으로 취급하고, 범위 선정 규칙이 아닌 6단계 확인 절차로 사용해야 합니다. 이 두 가지는 서로 다른 문제를 해결합니다. 계수는 탄성 소자를 보호하고, 중앙 1/3은 측정값의 신뢰도를 보호합니다.

EN 837-1 정확도 등급 자세히 보기→

표준 범위, 올림 처리 및 단위 변환

다이얼은 생산 배치 단위로 인쇄되므로, 범위는 계산값이 아닌 십진수 시리즈에서 나옵니다. 일반적으로 카탈로그에서 사용되는 시리즈는 각 10배수마다 1, 1.6, 2.5, 4, 6으로 구성됩니다: 1, 1.6, 2.5, 4, 6, 10, 16, 25, 40, 60, 100, 160, 250, 400, 600, 1000 bar. 계산된 최소값이 267 bar라면 주문 범위는 400 bar가 됩니다.

이 올림 단계에는 대가가 따릅니다. 267 bar에서 400 bar로 변경하면 사용 압력점이 다이얼에서 더 아래로 내려가고 해당 지점의 오차가 같은 비율로 증가합니다. 이것이 7단계 검증을 계산된 수치가 아닌 주문할 범위에 대해 반복해야 하는 이유입니다. 범위 상승폭이 클 경우, 더 높은 정밀도 등급을 선택하는 것이 보통 더 저렴한 해결책입니다.

범위는 지역에 따라 다른 단위로 표기되므로, 사양서와 카탈로그를 비교하기 전에 단위를 변환해야 합니다.

적용 사례 1: 펌프 토출측, 정압 부하

원심 펌프가 정상 작동 시 8 bar를 공급합니다. 펌프 곡선에 따르면 체절 양정은 12 bar에 해당하며, 이는 토출측 압력계가 겪을 수 있는 가장 높은 압력입니다. 서비스는 정압입니다.

정압 부하 계수로 나누면 12 ÷ 0.75 = 16.0 bar가 되며, 이는 이미 표준 범위이므로 올림이 필요 없습니다. 정상 압력은 8 ÷ 16 = 스팬의 50%에 위치하여 중앙 1/3에 안정적으로 들어옵니다. 1.6 등급에서 허용 오차는 16 × 1.6% = ±0.26 bar, 즉 8 bar 측정값의 ±3.2%입니다.

이것이 성공적인 계산의 형태입니다. 최대 압력이 포함되고, 지침은 눈금 중앙 근처에 위치하며, 사용 압력점에서의 오차는 펌프 모니터링에 허용 가능한 수준입니다. 만약 사용 압력점에서 ±2%보다 나은 정밀도가 필요하다면, 올바른 조치는 범위를 바꾸는 것이 아니라 동일한 16 bar 범위에서 더 높은 정밀도 등급을 선택하는 것입니다. 배치 및 연결에 대한 자세한 내용은 원심 펌프 압력계 선정 가이드를 참조하십시오.

적용 사례 2: 유압 파워 유닛, 변동압 부하

유압 파워 유닛은 100 bar에서 작동하며 릴리프 밸브는 140 bar로 설정되어 있습니다. 펌프 리플로 인해 이는 변동압 부하에 해당하며, 스위칭 스파이크는 약 250 bar에 도달하지만 스너버가 계측기에 도달하기 전에 이를 완화합니다.

릴리프 설정값을 기준으로 변동압 계수를 적용하면 140 ÷ 0.65 = 215.4 bar가 되며, 표준 250 bar 범위로 올림합니다. 정상 압력은 100 ÷ 250 = 스팬의 40%에 위치하고, 1.6 등급은 ±4.0 bar, 즉 100 bar 측정값의 ±4.0%의 오차를 가집니다.

여기서 교훈적인 부분은 대안입니다. 완화되지 않은 250 bar 스파이크를 기준으로 계산하면 250 ÷ 0.65 = 384.6 bar가 되어 400 bar로 올림합니다. 이 범위는 사용 압력점을 스팬의 25%로 낮추고 100 bar에서의 오차를 ±6.4%까지 높입니다. 스파이크를 흡수하기 위해 더 큰 다이얼을 구매하는 것은, 스너버를 장착하고 릴리프 설정값을 기준으로 범위를 선정하는 것보다 사용 압력점에서 60% 더 많은 오차를 발생시킵니다. 회로 배치는 유압 압력계 선정 가이드에서 다룹니다.

적용 사례 3: 저압 질소 블랭킷팅 (계산이 성립하지 않는 경우)

질소 블랭킷팅 헤더는 정상 작동 시 20 mbar를 유지하며, 레귤레이터는 고장 시 최대 50 mbar를 공급할 수 있습니다. 부하는 정압이므로 50 ÷ 0.75 = 66.7 mbar이며, 100 mbar 캡슐형 압력계 범위로 올림합니다. 그러면 정상 압력은 20 ÷ 100 = 스팬의 20%에 위치하게 되어 중앙 1/3 확인에 실패합니다.

다음 표준 범위로 낮추어도 해결되지 않습니다. 60 mbar 범위는 사용 압력점을 33%에 위치시키지만, 60 × 0.75 = 45 mbar는 최대 압력 50 mbar보다 낮으므로 범위 선정 권장사항을 위반하게 됩니다. 최대 압력과 정상 압력의 비율이 50 ÷ 20 = 2.5이기 때문에 어떤 표준 범위도 두 조건을 모두 만족시키지 못합니다.

이 계산은 조정해야 할 변수가 범위가 아님을 알려줍니다. 선택지는 최대 압력을 제한하여 60 mbar 범위를 유효하게 만드는 압력 제한기를 사용하거나, 낮은 눈금 위치를 수용하고 더 높은 정밀도 등급으로 측정 품질을 회복하는 것입니다.

더 큰 범위의 압력계가 도움이 되지 않는 경우

세 번째 예는 일반화될 수 있습니다. 올림하기 전, 사용 압력점은 계수 × P_normal ÷ P_max와 같습니다. 이 값이 가독성 하한선인 33%에 도달하려면 두 압력 사이의 간격이 제한됩니다: P_max ÷ P_normal은 정압 서비스의 경우 약 2.3(0.75 ÷ 0.33), 변동압 서비스의 경우 약 2.0(0.65 ÷ 0.33)을 초과해서는 안 됩니다. 올림은 사용 압력점을 더 낮추므로, 이는 충분조건이 아닌 필요조건입니다.

이 비율을 초과하면 어떤 범위도 두 규칙을 모두 만족시키지 못하며, 해답은 범위를 높이는 것이 아니라 P_max를 줄이는 것입니다. 맥동에는 스너버, 압력 변동에는 압력 제한기, 또는 과도 압력 자체를 포착해야 하는 경우 피크 홀드 기능이 있는 디지털 압력계를 사용합니다. 과압 보호는 다이얼 결정이 아닌 액세서리 결정입니다.

서로 모순되어 보이는 두 수치를 구분할 가치가 있습니다. EN 837-1은 부르동관 압력계의 압력 한계를 정압 부하 시 풀스케일 값, 변동압 부하 시 풀스케일의 0.9배, 단시간 부하 시 풀스케일의 1.3배로 명시하는 반면, EN 837-2는 최대 부하를 75% 미만으로 유지할 것을 권장합니다. 전자는 계측기가 견딜 수 있는 것을 설명하고, 후자는 서비스 수명, 영점 안정성 및 가독성을 위해 선택해야 할 것을 설명합니다. 이 표준은 또한 풀스케일 부하 가능 설계와 비-풀스케일 부하 가능 설계를 구분하므로, 특정 모델의 한계는 데이터 시트를 통해 확인해야 합니다.

범위 계산만으로 결정할 수 없는 것들

이 절차는 다이얼의 크기를 결정합니다. 입력값을 확인하지는 않습니다. P_max, 매체, 온도 및 부하가 진정으로 정압인지 여부는 모두 공정 측에서 나오며, 낙관적인 최대값으로 계산된 범위는 아무리 신중하게 올림해도 잘못된 것입니다.

범위를 올바르게 설정하는 것이 선택의 끝이 아닙니다. 접액부 재질, 프로세스 연결, 충진, 방수방진 등급, 다이얼 크기 및 방폭 지역, 산소 또는 위생 관련 요구사항은 별개의 결정 사항이며, 범위는 정확하지만 재질이 잘못된 압력계는 여전히 고장납니다.

릴리프 밸브 설정 및 설계 압력은 공정 및 장비 엔지니어링의 영역입니다. 압력계 선정은 이러한 수치를 읽을 뿐, 절대 변경하지 않습니다. 안전 관련 서비스의 경우, 출시 전에 담당 엔지니어에게 범위, 액세서리 설정값 및 재질을 확인받아야 합니다.

핵심 요점

• 최대 예상 압력을 정압의 경우 0.75, 변동압의 경우 0.65로 나눈 후, 표준 범위로 올림하여 범위를 선정합니다.
• 정밀도는 스팬의 백분율이므로, 과도한 범위 선정은 사용 압력점에서의 오차를 정비례하여 증가시킵니다.
• 최대 압력이 정상 압력의 약 2.3배(변동압 2.0배)를 초과하면 어떤 범위도 두 규칙을 모두 만족시킬 수 없으며, 액세서리 사용이 해답입니다.
• 이 계산은 다이얼 범위만을 결정합니다. 최대 예상 압력, 유체, 온도 및 안전 관련 설정은 담당 공정 엔지니어가 확인해야 합니다.

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자주 묻는 질문

압력계 범위가 클수록 더 안전한가요?

아닙니다. 정밀도는 풀스케일의 백분율이므로, 과도한 범위 선정은 사용 압력점에서의 오차를 증폭시킵니다. 100 bar를 측정하는 1.6 등급 압력계는 160 bar 범위에서는 측정값의 ±2.6% 오차를 보이지만, 400 bar 범위에서는 ±6.4%의 오차를 보입니다. 스파이크 보호는 더 큰 다이얼이 아닌 스너버와 압력 제한기의 역할입니다.

400 bar 압력계가 100 bar에서 부정확한 이유는 무엇인가요?

1.6 등급은 400 bar 스팬의 ±1.6%를 의미하며, 이는 다이얼 전체에서 ±6.4 bar의 고정된 오차입니다. 100 bar 측정값에서 이 고정된 ±6.4 bar는 측정값의 ±6.4%가 되지만, 동일한 절대 오차가 250 bar에서는 ±2.6%에 불과합니다.

75% 규칙은 표준 요구사항인가요?

요구사항이 아닌 권장사항입니다. 표준의 선정 및 설치 부분인 EN 837-2는 최대 압력 부하가 정압 부하에서는 풀스케일의 75% 미만, 변동압 부하에서는 65% 미만으로 유지될 것을 권장합니다. 이는 정상 작동 압력이 아닌 최대 부하에 적용됩니다.

계산된 범위가 표준 범위가 아닐 경우 어떻게 하나요?

1, 1.6, 2.5, 4, 6 십진수 시리즈에서 다음 범위로 올림한 후, 주문할 범위에 대해 검증을 반복합니다. 올림은 사용 압력점을 낮추고 해당 지점의 오차를 같은 비율로 높입니다.

연성계나 진공계의 범위는 어떻게 계산하나요?

동일한 계수를 사용하되, 전체 스팬을 기준으로 사용 압력점을 확인합니다. -1 ~ 0 ~ 15 bar 다이얼은 16 bar의 스팬을 가지므로, 5 bar의 작동 압력은 양압 구간의 1/3이 아닌, 스팬의 6 bar 지점, 즉 37.5%에 위치합니다.

카탈로그 비교 시 bar 단위를 psi로 어떻게 변환하나요?

14.5038을 곱합니다. 16 bar 범위는 232 psi이고 250 bar는 3626 psi입니다. 카탈로그의 psi 범위가 불규칙해 보이는 이유는 bar 시리즈를 변환했기 때문입니다. 1 bar는 또한 0.1 MPa, 100 kPa, 1.0197 kgf/cm²와 같습니다.

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