진공 센서 선택; 어떤 게이지를 선택해야할까?
- 18시간 전
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진공 장비나 연구용 챔버를 설계할 때, 엔지니어들이 가장 깊게 고민하는 부품 중 하나는 '진공 센서’입니다. 측정하려는 압력 대역, 사용 가스의 종류, 예산, 그리고 유지보수 환경까지 고려해야 할 변수가 너무 많기 때문입니다.
오늘은 다양한 진공 센서 타입에 대해서 알아보고, 각자 장비에 딱 맞는 합리적인 센서를 선택하는 방법을 알아보겠습니다.
1. 가장 정확한 센서, 캐패시턴스 마노메터 (Capacitance Manometer)
진공도를 측정할 때 가장 정확한 센서를 꼽으라면 단연 캐패시턴스 압력계(Capacitance Manometer, CDG)입니다.
장점: 이 센서는 기체의 열전도도가 아닌 막이 휘어지는 물리적 힘(정전 용량)을 측정합니다. 따라서 측정 챔버 내의 가스 종류나 조성비가 바뀌어도 전혀 영향을 받지 않고 아주 정밀한 측정이 가능합니다.
단점: 하지만 현장에서 이를 메인으로 쓰기에는 몇 가지 큰 장벽이 있습니다. 첫째, 가격이 매우 비쌉니다. 둘째, 하나의 센서가 측정할 수 있는 범위가 좁아서 1,000 Torr부터 1 mTorr까지 보려면 센서를 2개 이상 달아야 합니다. 여기에 출력 컨트롤러까지 추가하면 도입 비용이 기하급수적으로 늘어납니다.
2. 마노메터의 대안: 피에조(Piezo)와 피라니(Pirani)
그렇다면 굳이 비싸고 관리하기 힘든 마노메터만 사용해야 할까요? 최근에는 합리적인 비용으로 마노메터의 측정 범위를 커버하는 피에조(Piezo)와 피라니(Pirani) 센서가 대안으로 자리 잡고 있습니다.
대기압~저진공 (1,000 ~ 1 Torr) 영역: 피에조 센서
피에조 센서 역시 마노메터처럼 기체가 누르는 물리적 힘을 측정하므로 가스 종류에 상관없이 독립적인 압력 측정이 가능합니다. 마노메터보다 훨씬 튼튼하고 저렴하면서도 대기압 영역에서 준수한 정확도를 보입니다.
고진공~중진공 영역을 하나로: 듀얼 센서 게이지
만약 고진공, 중진공 모두 측정하고 싶을 때는 어떡할까요? 마노메터 두개를 구매하기엔 가격도 높고 배선도 복잡해질텐데 말입니다.
이런 고민을 해결하기 위해 최근에는 고압용(피에조)과 저압용(피라니) 센서를 하나의 몸체에 결합한 듀얼 센서 게이지도 널리 쓰이고 있습니다. 듀얼 센서 게이지 방식은 대기압부터 0.1 mTorr까지 광범위한 영역을 단일 센서와 케이블 하나로 커버하여 시스템 구성을 간소화해 줍니다.
3. 저진공 측정 전문, 피라니 게이지
진공 공정에서 1,000 Torr부터 1 mTorr 사이의 저진공 구간을 모니터링할 때 널리 쓰는 센서가 바로 피라니 게이지입니다. 센서 내부의 뜨거운 열선에 가스 분자가 부딪히며 열을 빼앗아가는 원리를 이용하기 때문에, 구조가 직관적이고 응답 속도가 빠릅니다.
하지만 전통적인 피라니 게이지는 압력이 높아져 대기압에 가까워지면 오차가 커지는 단점이 있습니다. 이를 극복하기 위해 대류(공기의 흐름) 현상을 이용한 컨벡션(Convection) 게이지를 많이 사용하지만, 이 역시 치명적인 약점을 가지고 있습니다.
대류를 이용하다 보니 지구의 중력 영향을 강하게 받아 반드시 제조사가 지정한 방향으로만 꼿꼿하게 설치해야 합니다. 장비 내부가 비좁거나 삐딱하게 설치해야 하는 환경에서는 측정값이 엉망이 되어버리죠.
4. 피라니 게이지를 이용하는 컴팩트한 제품; HVG-PR
최근 Teledyne Hastings에서 출시한 HVG-PR은 피라니 게이지를 이용하지만 설치 방향 제약이 없고, 마노메터보다 저렴합니다.
상위 기종에서 사용되는 정밀 피라니 센서와 소프트웨어 보정 기술을 적용하여, 설치 방향을 타지 않으면서도 아무 포지션으로 꽂아 대기압(ATM)부터 1 mTorr까지 정확하게 측정해냅니다.
교체 호환성: 1.0 V 및 1.286 V 듀얼 아날로그 출력을 지원하여 다른 회사의 장비를 쓰던 곳에서도 PLC 코드 수정 없이 1:1 교체가 가능합니다.
배선 혁명: 값비싼 전용 케이블 대신 RJ45(랜선)를 채택하고 RS485 통신을 기본 지원하여, 여러 개의 챔버 배선을 줄여줍니다.
기존 시스템의 안정성을 유지하면서 효율적인 진공 계측 환경을 구성하는 HVG-PR에 관심이 있으시면, 아래 링크를 참고하시길 바랍니다.
인포라드는 기체의 종류와 유량, 압력 등 모든 측정 환경을 고려해 해당 사용자가 올바른 계측기와 배관, 게이지를 선택할 수 있도록 도와드립니다. 기술 문의나 견적 요청은 아래 링크를 참고하시기 바랍니다.
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