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니훈 호
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1 자료제공 한국전력기술 오흥일교수 1

2 서론 현장계기란? 2

3 서론 현장계기란? 발표내용 온도측정계기 압력측정계기 Thermometers Thermocouples RTDs Thermowells, Temperature Transmitter Pressure Gauges Pressure Transmitters Pressure Switchs 유량측정계기 Differential Type Ultarsonic Type 레벨측정계기 Level Transmitters Level Switchs Level Guage Glasses 3

4 서론 현장계기 (Field Instrument) 공정유체에직접접촉하여공정상태즉온도, 압력, 유량및수위상태를감지하여, 현장에지시또는발전소제어계통에전송하여공정제어및감시에사용되는 Device 종류 - Temperature Instruments - Pressure Instruments - Flow Instruments - Level Instruments 4

5 Temperature Measurement Temperature Instrument Thermometers Thermocouples Resistence Temperature Detectors Thermowells Temperature Transmitter 5

6 Temperature Measurement 개요 O 온도측정 - Process 의기본상태를나타내는변수중의하나로, 물질의상태, Qulity, 반응속도를결정하며, 운전기기가정상상태인지나타내는지표가되며, 또한설비기기의안전한계를결정하는데영향을주는중요한변수 종류 - Bimetal Thermometers - Filled Thermometers - Thermocouples - Resistance Temperature Detectors 6

7 Thermometers Bimetallic Thermometer 측정원리 - 열팽창계수가다른금속을접합했을때, 접합면에서금속이열팽창계수가낮은쪽으로굽혀지는현상을이용 특징 - 현장측정및지시용으로주로사용 - 주로헬리컬형을사용하고, 스파이럴형은주위온도측정용으로사용 바이메탈원리란? 저팽창계수 온도상승 고팽창계수 7

8 Thermometers Bimetallic Thermometer 주요규격 - Dial : Minimum 100mm, Directing reading - Mounting : Direct - Zero adjustment : External - Dial face : White - Connection : 1/2 inch NPT - Accuracy : ±1.0% of full scale 8

9 Thermometers Filled Thermometer 측정원리 - 온도에따라물리적특성이변화하는물질이채워진 Bulb 와 Capillary, Bourdon Tube 로구성 - 감온소자인 Bulb 내부에액체를충만시키면온도변화에따라충만물질의밀도가변하고그변화량이 Capillary Tube를거쳐 2차측정계기인 Bourdon Tube에전달되어온도가측정 특징 - 구조가튼튼하고유지보수비용이저렴 - 원격설치시사용되나 Capillary 길이가제한 9

을정확하게 0 로유지하고, 다른한쪽 ( 측정접점, 온접점 ) 을측정하려는대상에놓아두면기전력이측정되어온도를알수있음 특징 - 값이싸고응답속도가빠름

10 Thermocouples Thermocouple? 측정원리 - 서로다른두종류의금속도체에폐회로가형성되도록결합하고, 두결합사이에온도차이를유지하면폐회로내에기전력이발생 (Seeback effect) - 한쪽 ( 냉접점 ) 을정확하게 0 로유지하고, 다른한쪽 ( 측정접점, 온접점 ) 을측정하려는대상에놓아두면기전력이측정되어온도를알수있음 특징 - 값이싸고응답속도가빠름 현장에설치된열전대에서기준점이있는 Panel 까지의거리는대체적으로멀다. 열전대와동일한재료로연결하게되면열전대의재료가상당히고가이기때문에설치비가상당하게들게된다. 때문에열전대와비슷한열전특성이있는전선을사용하여연결한다. 이것을보상도선 (Extension-Wire) 라한다. - 원거리측정시보상도선이요구됨 10

size : More than 0.8mm2 - Accuracy : ±0.

11 Thermocouples Thermocouple 주요규격 - Type : Dual element ungrounded ISA type E - Head assemblies : Spring loaded - Insulation : Compacted mineral - Wire size : More than 0.8mm2 - Accuracy : ±0.5% of actual span encountered - Thermowell : Material and design rating to be compatible with process piping system 11

12 Thermocouples Thermocouple Assembly Protection Head Extention Assemblies Thermowell Terminal Block Ensurement junction 12

13 Thermocouples Thermocouple Type 기호재질사용한도기타 B (+): 백금 - 로듐 30% (-): 백금 - 로듐 6% 1500 사용온도상한이가장높다 100 이하에서열기전력이적다 R S (+): 백금 - 로듐 13% (-): 백금 1400 (+): 백금-로듐10% (-): 백금 1400 거의사용않음 백금계열전대중가장많이사용고가격고온에서정도가좋다 N (+): 니켈 - 크롬 - 실리콘 (-): 니켈 - 실리콘 1200 K 열전대와비슷 K (+): 니켈 - 크롬 ( 크로멜 ) (-): 니켈합금 ( 알루멜 ) 1000 기전력의직진성이좋아가장많이사용 E (+): 니켈 - 크롬 ( 크로멜 ) (-): 동 - 니켈 ( 콘스탄탄 ) 700 중, 저온용으로저온에서많이사용 J T (+): 순철 (-): 콘스탄탄 (+): 동 (-): 콘스탄탄 600 가격이저렴철성분에의해녹슬기쉬움 300 저온영역에서기전력의안정성과정도가좋다 13

(Exposed) 기계적강도, 화학적안정성이크다. 전기적유도장애가있는곳은부적당하다.

14 Thermocouples Sheathed Thermocouple 열전대와보호관이하나로되어있는것으로보호관속에마그네슘옥사이드 (MgO), 알루미늄옥사이드 (Al2O3) 의분말이들어있고, 전체를아주가늘게한 Thermocouple. 종류기본형식특징 Type I (Grounded) Type II (Ungrounded) Type III (Exposed) 기계적강도, 화학적안정성이크다. 전기적유도장애가있는곳은부적당하다. 응답속도는 GROUND 형보다느리다. 특성은 GROUND 형과유사하고수명이길다유도장애에대한절연효과가있다 응답속도가최고로빠르다. 외부의영향을받아열화가빠르다. 기계적강도가약하고, 수명이짧다. 14

15 Resistance temperature detectors RTD( 측온저항체 ) 금속또는반도체의전기저항은온도에의해변화하므로, 역으로이저항값을 Bridge 등으로측정하여주위온도를알수있음 저온에서중간온도범위의측정에정밀도가특히우수 구조는 Thermocouple 과유사하며일반형과 Sheath형이있음 백금측온저항체는안정성이우수하기때문에널리사용됨 15

16 Resistance temperature detectors RTD( 측온저항체 ) 주요규격 - Type : Dual element, 3 wire RTDs with thermowell as required, spring loaded - Calibration : Platinum 100 ohm (0 ), Copper 10O ohm (25 ) - Accuracy : ±0.1% of actual span encountered - Insulation : Compacted mineral - Enclosure : NEMA 4 - Trhead size : 1/2 inch NPT 옥내, 옥외에설치되며 windblow dust, rain, splashing water 에대하여보호되나내부에생기는 condensation, icing 에는보호되지않는다 16

17 Resistance temperature detectors 측온저항체소자의구조 MICA Type : 4~10mm 폭의짧은형태의 Mica 판에 백금저항선을붙인것. 취급이간단하고튼튼함 MICA TYPE GLASS Type : 백금선이고순도의 Glass 에넣어져 있기때문에고온까지사용가능. 소형화가가능 CERAMIC Type : 백금선이고순도의재결정알루미나 세라믹구멍속에넣은형태. 정밀도높은온도측정 가능 GLASS TYPE CERAMIC TYPE 17

Thread mounted, weld mounted, flange mounted 형식이있음 Stem

18 Thermowells Thermowell straight 열전대또는측온저항체가피측온물이나주의여건등에직접영향을받지않도록기계적으로보호하기위한것 Thread tapered Thread mounted, weld mounted, flange mounted 형식이있음 Stem 의모양에따라 tapered, steped, straight 형식이있음 Thread Dimmentions : ASME B16.11 Weld-in steped Flange 18

Temperature Transmitter Temperature Transmitter Thermocouple 또는 RTD 출력을입력으로하며, 측정온도에상응 하는 DC 4~20mA (HART) 발생시켜 DCS 로전송함 Direct Mounting, Din Rail

19 Temperature Transmitter Temperature Transmitter Thermocouple 또는 RTD 출력을입력으로하며, 측정온도에상응 하는 DC 4~20mA (HART) 발생시켜 DCS 로전송함 Direct Mounting, Din Rail Mounting 주요규격 Power Supply : 24VDC Accuracy : 0.1% of Span Input/Output Isolation Cold Junction Compensation Burnout Action(Fail to High, Fail to Low) 19

20 Temperature Transmitter Temperature Transmitter 보상도선적용 20

21 개요 Pressure Instrument Pressure Gauge Pressure Switch Pressure Transmitter 21

22 Pressure Measurement 개요 압력의정의 - 단위면적당작용하는유체의압축력 ( 압축응력 ) 압력의종류 차압 게이지압 - 게이지압력 : 대기압력을기준으로표시한압력 kg/cm2.g, Psig로표시 - 절대압력 : 완전진공을기준으로표시한압력 kg/cm2.a, Psia, abs로표시 - 진공압력 : 대기압이하의압력을측정한게이지압력 - 차압 : 대기압이외에임의의압력을기준으로표시 대기압 완전진공 진공압력 절대압력 22

23 Pressure Gauages Pressure Gauage 배관및설비에부착되어 Process 압력을측정 설치기준 - Element type : Bourdon tube (0.67 kg/cm2 이상 ) Bellow Type (0.67 kg/cm2 이하 ) - Dial size : Min 100mm - Accuracy : ±1.0% of span - Range : 1.5 times of max. operating pressure - Housing : NEMA 4 ASME B40.1 에따라압력계의 Normal Pressure 가 25~75% 에위치하도록설계하고설계압이 Scale Range 를초과하면 Gauge Protector 를적용한다. 23

24 Pressure Gauages Bourdon Tube Type 탄성금속관에내압을가하면, 탄성체의탄성변형에의하여변위가변하는것을이용한것 C형, Spiral형, Helical형세가지가이있으며일반적으로 C형을대부분사용 가격이저렴하고설치가간단, 적용범위가넓음 충격과진동에약하고히스테리가쉽게일어남 C 형은 250 정도구부러진형태로현장지시계용으로많이사용되고정밀도 1% 정도이다. Spiral 및 Helical 형은 C 형보다감도와정밀도가좋은장점이있다. C 형 Spiral형 Helical형 24

25 Pressure Gauage Bellow Type 균일하고연결부분이없는금속튜브의외면을쭈구린것으로서, 압력을가하면탄성원리에의해압력에상응하는변위가발생되는현상을이용 Bellows만사용하면불완전하고비직선성및히스테리현상이일어나므로스프링과함께사용 주로저압, 미소저압측정용으로적당 지시계의경우 0.67 kg/cm2 이하의 압력에서사용 25

고점도등의영향으로측정계기가 손상되는곳에적용 Convex Type Nested Type

26 Pressure Gauage Diaphragm Type 탄성을가진디스크형태의다이아 프램을측정유체에부착시켜압력에 따라변위를일으키는현상을이용 유체가부식성이강하거나고온도, 고점도등의영향으로측정계기가 손상되는곳에적용 Convex Type Nested Type 가격이저렴하고설치가간단, 적용범위가넓음 충격과진동에약하고고압측정이 어려움 Capsule Type 26

Pressure Transmitters Pressure Transmitters (PT) 배관및설비에직접부착되어 Process 의압력을측정한뒤, 이에상응하는 DC 4~20mA(HART) 를 DCS 로전송 주요규격 - Type : Digital electronic (Smart type) -

27 Pressure Transmitters Pressure Transmitters (PT) 배관및설비에직접부착되어 Process 의압력을측정한뒤, 이에상응하는 DC 4~20mA(HART) 를 DCS 로전송 주요규격 - Type : Digital electronic (Smart type) - Signal : 4 to 20mA, 24V DC, two wire - Process Connection : 1/2 Inch NPT - Accuracy : ±0.1% of span - Housing : NEMA 4 - None interacting zero and span adjustments 27

28 Pressure Transmitters Pressure Transmitters (PT) Pressure Elements Strain Gage : 금속에압력을가하면변형을일으키고이변형이 저항의변화를발생시킴, 이때발생한저항의변화를압력의 변화로환산함 Capacitance : 정전용량은면적과극판간의거리에따라달라지므로, 압력에의해극판이좌, 우또는상, 하로움직이게되면정전용량이변화되므로이때발생한정전용량의변화를압력의변화로환산함 Piezoelectric : 결정체에힘을가하면전위차가발생하므로이때발생한전위차를압력의변화로환산함 28

29 Pressure Transmitters Pressure Transmitters (PT) Strain Gage Type Capacitance Type Piezoelectric Type 29

30 Pressure Transmitters Pressure Transmitters (PT) 30

31 Pressure Switchs Pressure Switchs 주요규격 - Switch : Snap acting microswitch, DPDT or two SPDT - Interrupting rating : 6A 120V AC, 0.5A 12V DC Inducive - Repeatablity : ±1.0 of full scale - Deadband : Less than ±2.5% of full scale - Process Connection : 1/2 Inch NPT - Enclosure : NEMA 4 - Pressure element : 304 or 316 stainless steel 31

32 Pressure Switchs Pressure Switchs 세팅나사 접촉면 Disc 플런저 Spring Diaphragm Connection 32

33 Accessories Accessories Diaphragm seals - corrosive, high viscous & slurry fluid service시계기보호를위해 inert liquid를사용 Pulsation Dampeners - pump 후단이나 line의진동이심한곳에사용 Siphons - hot service or all steam service 에서주로 bourdon tube 사용시 service 유체에의한 heating 으로부터압력 sensing 부위를보호하기위해사용 33

34 Flow Instrument Differential Pressure Type - Orifice, Venturi tube, Flow nozzle, Pitot tube, V-Cone Ultrasonic Flowmeter 34

35 Differential Pressure Type Differential Pressure Type 차압식유량계 액체및기체등의유체유량을측정하는경우, 유체가흐르고있는관로중에오리피스, 벤츄리관, 플로우노즐등을설치하여전 후발생되는압력의차로유량을검출하는방식 측정원리 유체가흐르고있는관로의일부분을가늘게줄이면유체가그부분을통과할때속도가증가하여압력이감소함으로써계기의전후압력차와유량사이에일정한관계가성립 35

광범위한온도, 압력에서의유량측정이가능 Edge 의마모에의해 Accuracy

36 Differential Pressure Type Orifice 오리피스전후의압력차를측정, 전후단간압력차를유량으로환산함 Bore 의형태에따라 Concentric, Eccentric, Segmental, Quadrant 형이있음 액체, 가스, 증기의유량측정이가능하고, 광범위한온도, 압력에서의유량측정이가능 Edge 의마모에의해 Accuracy 에영향을미치므로유체중에고체가포함된유량측정에는부적합 압력손실이크고저유량측정이곤란 ( 저압, 대유량측정용 ) 36

37 Differential Pressure Type Flow Nozzle 오리피스와원리는동일하나형태가좀다름 고체를포함하는유체측정에적합 단단하고오래사용할수있어고속유량측정에적당 Orifice 에비해압력손실이작으나 Venturi Tube 보다는크다 Orifice 보다고가이며 Rangeability 가낮다 고압, 대유량측정용 정밀도 ±1.0 이내 37

38 Differential Pressure Type Venturi Tube 관입구의고압탭, 중앙의저압탭의압력차를측정, 압력차를유량으로환산 압력손실이적고유선형이므로이물질이포함된유량측정에적절 대유량측정이가능하고, 가격이 Orifice 보다고가 오리피스나노즐보다넓은유량범위의측정이가능 낮은 Rangeability 를갖는다 38

39 Differential Pressure Type Pitot Tube 배관상에원통형튜브를설치하고, 이튜브한지점의전체압과 90 떨어진지점의정압과의차압으로부터속도를계산해유량을측정 설치가간단하고압력손실이적음 정밀도가나쁘고고점성유체측정에부적합 유체가깨끗하고공정압이낮을때사용 39

40 Differential Pressure Type V-Cone 측정원리 배관의중앙에 Cone 을매달아 Cone 의압축된지역에서유량속도가증가함에따른하강된압력의차에의해유량을측정 특징 다른차압유량계보다정밀도, Repeatability 가좋고설치시고장발생정도가낮다. 특히유체교란에의한영향이작다 40

41 Differential Pressure Type Measuring Principal Diff. Flow Transmitter : Flow Element 의 Inlet-Outlet 간에 설치되어두지점의차압을측정함, 측정된차압과베르누이 방정식을사용하여유체의속도를구한뒤, 유량공식 (Q=AV) 에 대입하여 Flow Element 를통과하는유량을측정함 수압 = 1 / 2 x 밀도 x 유속 ^2 유속 = SQRT[(2 * 수압 ) / 밀도 ] 유량 = A( 단면적 ) x V( 유속 ) 41

42 Ultrasonic Type Ultrasonic Flowmeter 측정원리 측정유체에초음파를통과시키면유속에따라음파전달시간이달라져이시간을측정함으로써유량을측정 특징 - 흐름을전혀방해하지않은상태에서유속측정가능 - 점도성, 비전도성및더러운유체의유량과, 대형덕트및연돌가스유량측정에적합 42

43 Ultrasonic Type Ultrasonic Flowmeter 43

44 Ultrasonic Type Ultrasonic Flowmeter 44

45 Level Instrument Level Transmitters Level Switches Level Gauge Glasses 45

46 Level Transmitters Displacement type 구조 - Displacer 로만들어진원통형의 Float를액체속에넣을겨우 Displacer는액체속에들어간길이와밀도에비례하여부력을받게되는데그부력에의한 Displacer 의중력변화를검출하여측정가능 특징 - 비중이다른두액체의액위측정가능 Displacer - 깨끗한액체에만사용한다 - 고체측정에는부적합 46

측에연결, Tank 내의액체의 Head 압력은정확하게액위의높이와비례하기대분에 Head

47 Level Transmitters Differential Pressure type 구조 - Tank 하부의액체측을도압관을이용하여전송기의고압측에연결하고저압측은 Tank 상부의 Gas 측에연결, Tank 내의액체의 Head 압력은정확하게액위의높이와비례하기대분에 Head 의압력을측정하면 Level을측정하는것이가능 특징 - 넓은범위의액위측정에적합 - 정밀도가높음 - 주위온도변화가밀도에영향를끼침 47

48 Level Transmitters Ultrasonic type 48

49 Level Transmitters Guided Radar type 49

50 Level Switchs Level Switchs 주요규격 - Switch : Snap acting microswitch, DPDT or two SPDT - Interrupting rating : More than 6A 120V AC, 0.5A 125V DC inducive - Enclosure : NEMA 4 - Connection : upperside and bottom connection - Repeatability : Within ±6.35 mm - None interacting zero and span adjustments 50

51 Level Gauge Glasses Reflex glasses 구조 - Gauge Body 와 Cover 사이에평탄 Glass 를끼워넣는구조 특징 - 단순한구조로서 Transparent type 에비해싸다 - 투명한액체에잘쓰여진다 - 고온의증기, 알칼리성유체및 Glass 를오염시키기쉬운유체에부적당 51

52 Level Gauge Glasses Transparent glasses 구조 - Gauge Body 양쪽에평판 Glass 를끼워넣는구조 특징 - 유색유체에적합 - 보호판사용으로고온, 고압에사용가능 - 고압의 Steam, Caustic, Acid, Glass 를오염시키기쉬운유체에적용 52

53 Q & A 53

소개.PDF

소개.PDF (c) Process Pressure Measurement 1 Process Pressure Measurement Flow, Level, Temperature Flow, Level, Temperature, 2, 1) ( ),, A F F/A 2), 3 (a) (b) (a) (b) (c) 1 (a) (ABSOLUTE PRESSURE), 10 kg/cm 2 abs