개념 한 쪽
소방설비산업기사(기계) 마노미터와 압력측정 — 수은주·피에조미터·부르돈관
압력측정은 액주가 밀어 올린 높이를 압력으로 바꾸는 일이다. 수은 마노미터와 피에조미터의 눈금을 절대압이나 파스칼로 환산하고, 정수압 공식에서 비중량을 역산하며, 파스칼의 원리로 피스톤 힘을 구한다. 금속의 탄성변형을 쓰는 압력계도 함께 묻는다.
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뜻
액주계는 액체 기둥의 높이로 압력을 읽는다. 액면에서 40m 지점의 계기압력이 515.8kPa이면 정수압력 P=γh를 뒤집어 비중량을 515.8을 40으로 나눈 약 12.9kN/m³로 구한다.
수은 마노미터는 수은의 밀도와 높이로 게이지압을 만든다. 비체적 7.35×10⁻⁵m³/kg인 수은은 밀도가 약 13605kg/m³이므로, 수은주 500mm가 만드는 게이지압은 약 66.7kPa이고 대기압 100kPa를 더하면 탱크 안 물의 절대압력은 약 166.7kPa가 된다. 피에조미터는 관을 세워 올라간 액주 높이를 읽는다. 비중 1.36인 액체가 90mm 상승했다면 밀도 1360kg/m³과 높이 0.09m를 곱해 약 1200Pa이 된다.
급수탑처럼 높이 차가 큰 설비도 같은 식을 쓴다. 수면과 옥외소화전 방수구의 높이 차가 50m이면 정수압력은 1000×9.8×50을 계산해 약 490kPa이다.
파스칼의 원리는 밀폐된 유체에서 압력이 같게 전달된다는 것이다. 지름 100mm 피스톤을 100N으로 누르면 지름 50mm 피스톤에는 면적비 1/4이 적용되어 25N의 힘이 작용한다. 탱크 측면에 작용하는 힘은 중심 깊이의 압력과 면적을 곱한다. 한 변 2m, 높이 4m인 탱크에 비중 0.8인 유체를 채우면 800×9.8×2×8을 계산해 약 125.4kN이 된다.
기계식 압력계 가운데 부르돈관은 금속 튜브의 탄성변형을 이용해 압력을 측정한다.
예제
선지 판단은 P=γh를 뒤집어 비중량을 구하는지, 수은 마노미터의 높이를 밀도와 중력가속도에 곱해 게이지압을 만들고 대기압을 더해 절대압을 구하는지, 피에조미터의 액주 높이를 파스칼로 환산하는지, 파스칼 원리에서 힘이 지름의 제곱에 비례한다고 보는지, 탱크 측면 힘을 중심 깊이의 압력과 면적으로 계산하는지, 부르돈관을 금속 탄성변형식 압력계로 구분하는지에서 갈린다.
자주 묻는 물음
- 정수압력에서 비중량은 어떻게 구하나요?
- P=γh를 뒤집어 γ=P/h로 계산합니다. 515.8kPa와 40m를 대입하면 약 12.9kN/m³입니다.
- 파스칼의 원리로 피스톤 힘은 어떻게 정해지나요?
- 압력이 같으므로 힘은 단면적에 비례합니다. 지름이 절반이면 면적은 1/4이 되어 100N의 힘은 25N이 됩니다.
- 부르돈관은 어떤 원리로 압력을 재나요?
- 금속 튜브의 탄성변형을 이용해 기계적으로 압력을 측정합니다.
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