[기술자료] - 압력의 정의부터 제품별 단위 체계까지
산업용 압력계측 완전가이드: 압력의 정의부터 제품별 단위 체계까지
안녕하세요 WITTGUY 입니다.
산업 현장에서 압력 계측은 공정 안전과 품질 관리의 핵심 요소입니다. 특히 글로벌 시장에서 독일, 일본, 미국 등 각국과 거래하는 기업들은 국가별로 다른 압력 단위 체계와 함께 제품별, 산업군별 특화된 압력 단위를 정확히 이해해야 합니다. 압력 측정의 기본 원리부터 제품별 압력 단위 적용까지 체계적인 정보를 제공하여 현장 실무자들의 업무 효율성을 높이고자 합니다.
목차
- 압력의 물리적 정의와 측정 원리
- 압력 측정 방식과 계측기 종류
- 주요 제품별 압력 단위 체계
- 산업군별 압력 단위 특성
- 주요국 압력 단위 체계와 특징
- 국가별 압력 표준과 규격
- 압력 단위 환산 실무 가이드
- 압력 계측 시 고려사항과 실무 팁
1. 압력의 물리적 정의와 측정 원리
압력(Pressure)은 단위 면적당 작용하는 수직 힘으로 정의됩니다. 수식으로 표현하면 P = F/A (P: 압력, F: 힘, A: 면적)입니다.
압력 측정의 기본 원리
압력 측정은 알려진 기준압력과 측정하고자 하는 압력 간의 차이를 이용합니다. 기준점에 따라 다음과 같이 분류됩니다.
| 압력 유형 | 기준점 | 표기법 | 주요 특징 |
| 절대압력 | 완전 진공 | abs, a | 항상 양수, 열역학 계산 필수 |
| 상대압력 | 대기압 | gauge, g | 일반적인 압력 측정 |
| 차압 | 두 지점 압력차 | diff, d | 유량 측정에 활용 |
압력 발생 메커니즘
- 정압(Static Pressure): 유체의 정적 상태에서 발생
- 동압(Dynamic Pressure): 유체의 운동에 의해 발생
- 전압(Total Pressure): 정압과 동압의 합
2. 압력 측정 방식과 계측기 종류
압력 측정 방식 분류
압력 측정 방식은 크게 직접 측정과 간접 측정으로 구분됩니다.
직접 측정 방식
| 방식 | 원리 | 장점 | 단점 |
| 액주식 | 액체 기둥 높이 측정 | 높은 정확도 | 휴대성 부족 |
| 중추식 | 추의 평형 이용 | 기준 압력 제공 | 대용량 한정 |
| 탄성식 | 탄성체 변형 측정 | 실용적, 경제적 | 온도 영향 |
간접 측정 방식
전기적 신호 변환을 통한 측정으로, 압력 트랜스미터와 센서가 대표적입니다.
3. 주요 제품별 압력 단위 체계
안전밸브 (Safety Relief Valve)
안전밸브는 압력용기의 안전을 위한 핵심 부품으로, 주로 MPa 단위를 사용합니다.
| 설정 항목 | 주요 단위 | 적용 범위 |
| 설정압력 | MPa(g) | 0.1~50 MPa |
| 재봉압력 | MPa(g) | 설정압력의 90% |
| 배압 | kPa(g) | 설정압력의 10% 이하 |
출처: KS B 6262 (2019). 안전밸브 표준.
압력 트랜스미터 (Pressure Transmitter)
압력 트랜스미터는 다양한 단위를 지원하며, 용도에 따라 선택됩니다.
| 측정 범위 | 주요 단위 | 적용 분야 |
| 저압 | kPa, mbar | 가스 공급, 환기 |
| 중압 | bar, psi | 일반 공정 |
| 고압 | MPa, kpsi | 유압 시스템 |
| 진공 | Pa, Torr | 진공 공정 |
압력계 (Pressure Gauge)
기계식 압력계는 지역별로 선호하는 단위가 다릅니다.
| 지역 | 주요 단위 | 눈금 특징 |
| 유럽 | bar, MPa | 10진법 기반 |
| 미국 | psi, psig | 야드파운드법 |
| 일본 | MPa, kPa | SI 단위 선호 |
차압 트랜스미터 (Differential Pressure Transmitter)
유량 측정용 차압 트랜스미터는 측정 범위에 따라 단위가 결정됩니다.
| 유량 측정 방식 | 주요 단위 | 측정 범위 |
| 오리피스 플레이트 | kPa | 0.5~500 kPa |
| 벤추리 미터 | Pa | 100~50,000 Pa |
| 피토관 | mmH2O | 0.1~100 mmH2O |
압력 스위치 (Pressure Switch)
압력 스위치는 설정 압력에 따라 적절한 단위를 사용합니다.
| 압력 범위 | 주요 단위 | 적용 예시 |
| 미압 | Pa, mmH2O | 댐퍼 제어 |
| 저압 | kPa, mbar | 가스 누설 감지 |
| 고압 | MPa, bar | 펌프 제어 |
4. 산업군별 압력 단위 특성
석유화학 산업
석유화학 산업에서는 고압 공정이 많아 주로 MPa 단위를 사용합니다.
| 공정 | 주요 단위 | 일반적 압력 범위 |
| 중합 반응기 | MPa(g) | 10~100 MPa |
| 증류탑 | kPa(g) | 100~1,000 kPa |
| 저장탱크 | kPa(g) | 5~50 kPa |
발전 산업
발전소에서는 증기 시스템 특성상 MPa 단위를 주로 사용합니다.
| 설비 | 주요 단위 | 압력 범위 |
| 보일러 | MPa(g) | 2~25 MPa |
| 터빈 | MPa(g) | 0.5~25 MPa |
| 복수기 | kPa(abs) | 5~15 kPa |
제약 산업
제약 산업에서는 정밀한 압력 제어가 필요하여 kPa 단위를 선호합니다.
| 공정 | 주요 단위 | 압력 범위 |
| 결정화 | kPa(g) | 50~500 kPa |
| 건조 | kPa(abs) | 1~50 kPa |
| 멸균 | kPa(g) | 200~300 kPa |
반도체 산업
반도체 제조에서는 고진공 공정이 많아 Pa 단위를 사용합니다.
| 공정 | 주요 단위 | 압력 범위 |
| 스퍼터링 | Pa | 0.1~10 Pa |
| CVD | Pa | 10~1,000 Pa |
| 에칭 | mTorr | 1~100 mTorr |
식품 산업
식품 산업에서는 상대적으로 낮은 압력을 다루므로 kPa 단위를 주로 사용합니다.
| 공정 | 주요 단위 | 압력 범위 |
| 살균 | kPa(g) | 100~200 kPa |
| 포장 | kPa(g) | 50~100 kPa |
| 진공 포장 | kPa(abs) | 10~50 kPa |
자동차 산업
자동차 산업에서는 bar 단위를 널리 사용합니다.
| 시스템 | 주요 단위 | 압력 범위 |
| 엔진 오일 | bar | 2~8 bar |
| 브레이크 | bar | 50~200 bar |
| 연료 시스템 | bar | 3~300 bar |
항공우주 산업
항공우주 산업에서는 높은 정밀도가 요구되어 psi 단위를 주로 사용합니다
| 시스템 | 주요 단위 | 압력 범위 |
| 유압 시스템 | psi | 3,000~5,000 psi |
| 연료 시스템 | psi | 10~300 psi |
| 캐빈 압력 | psi | 8~15 psi |
5. 주요국 압력 단위 체계와 특징
독일 압력 단위 체계
독일은 SI 단위계를 공식 채택하여 주로 bar와 Pa 단위를 사용합니다.
| 적용 분야 | 주요 단위 | 특징 |
| 산업 공정 | bar, mbar | 1 bar = 100 kPa |
| 학술 연구 | Pa, kPa, MPa | SI 기본 단위 |
| 진공 기술 | mbar, Pa | 정밀한 저압 측정 |
독일 DIN 표준: DIN 16086(압력계 표준), DIN 16085(압력 측정 기준)
일본 압력 단위 체계
일본은 SI 단위와 전통적인 단위를 혼용하며, 분야별로 다른 단위를 선호합니다.
| 적용 분야 | 주요 단위 | 비고 |
| 산업 설비 | MPa, kPa | SI 단위 우선 |
| 기상 관측 | hPa (헥토파스칼) | 기압 측정 |
| 의료 기기 | mmHg, kPa | 혈압 측정 |
| 진공 장비 | Pa, Torr | 반도체 공정 |
일본 JIS 표준: JIS B 7505(압력계), JIS Z 8762(압력 측정 방법)
미국 압력 단위 체계
미국은 야드파운드법(Imperial System)을 주로 사용하며, psi가 가장 일반적입니다.
| 적용 분야 | 주요 단위 | 환산 |
| 산업 전반 | psi, psig, psia | 1 psi = 6.895 kPa |
| 진공 기술 | Torr, inHg | 1 Torr = 133.3 Pa |
| 기상 관측 | inHg, mbar | 1 inHg = 3.386 kPa |
| 유압 시스템 | psi, ksi | 1 ksi = 1000 psi |
미국 ASME 표준: ASME B40.100(압력계 표준), ASME PTC 19.2(압력 측정)
6. 국가별 압력 표준과 규격
국제 압력 표준 체계
| 표준 기관 | 표준 번호 | 적용 범위 |
| ISO | ISO 5167 | 차압식 유량 측정 |
| IEC | IEC 61298 | 압력 트랜스미터 |
| NIST | NIST SP 330 | 국제단위계 가이드 |
교정 및 소급성 체계
각국의 국가표준기관에서 압력 표준을 유지하며, 측정 소급성을 보장합니다.
| 국가 | 표준 기관 | 압력 표준 범위 |
| 독일 | PTB | 10⁻⁹ Pa ~ 1 GPa |
| 일본 | NMIJ | 10⁻⁶ Pa ~ 1 GPa |
| 미국 | NIST | 10⁻⁷ Pa ~ 1.4 GPa |
| 한국 | KRISS | 10⁻⁶ Pa ~ 1 GPa |
7. 압력 단위 환산 실무 가이드
주요 단위 간 환산 계수
| 단위 | Pa | kPa | MPa | bar | psi | mmHg | Torr |
| 1 Pa | 1 | 0.001 | 0.000001 | 0.00001 | 0.000145 | 0.0075 | 0.0075 |
| 1 kPa | 1000 | 1 | 0.001 | 0.01 | 0.145 | 7.501 | 7.501 |
| 1 MPa | 1,000,000 | 1000 | 1 | 10 | 145.04 | 7500.6 | 7500.6 |
| 1 bar | 100,000 | 100 | 0.1 | 1 | 14.504 | 750.1 | 750.1 |
| 1 psi | 6895 | 6.895 | 0.006895 | 0.06895 | 1 | 51.715 | 51.715 |
| 1 mmHg | 133.3 | 0.1333 | 0.000133 | 0.001333 | 0.01934 | 1 | 1 |
압력환산 : 네이버 검색
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제품별 환산 실무 예시
안전밸브 설정압력 환산:
- 미국 고객 요구사항: 150 psi → MPa 환산: 150 × 0.006895 = 1.034 MPa
- 독일 고객 요구사항: 10 bar → MPa 환산: 10 × 0.1 = 1.0 MPa
압력 트랜스미터 측정범위 환산:
- 일본 고객 요구사항: 0~500 kPa → psi 환산: 500 × 0.145 = 72.5 psi
- 독일 고객 요구사항: 0~5 bar → kPa 환산: 5 × 100 = 500 kPa
8. 압력 계측 시 고려사항과 실무 팁
측정 정확도 향상 방법
- 온도 보정: 압력계의 온도 계수를 고려한 보정
- 진동 대책: 댐핑 오일이나 스너버 사용
- 설치 위치: 배관 직선부에 설치, 난류 영향 최소화
- 정기 교정: 국가별 교정 주기 준수
제품별 단위 선택 가이드
| 제품 | 권장 단위 | 선택 기준 |
| 안전밸브 | MPa | 안전 규정 준수 |
| 압력계 | bar, psi | 지역별 선호도 |
| 트랜스미터 | kPa, bar | 측정 범위 |
| 압력 스위치 | kPa, bar | 설정 압력 |
국제 거래 시 주의사항
| 체크포인트 | 내용 |
| 단위 명시 | 압력 단위를 명확히 표기 |
| 기준 압력 | 절대압력/상대압력 구분 |
| 측정 조건 | 온도, 습도 등 환경 조건 |
| 교정 성적서 | 해당국 공인기관 교정 |
안전 관리 포인트
압력 시스템 설계 시 각국의 안전 기준을 준수해야 합니다.
- 독일: AD 2000 규격 (압력용기 안전 규정)
- 일본: 고압가스보안법 준수
- 미국: ASME Boiler and Pressure Vessel Code
출처: 한국산업안전보건공단. (2024). 국제 압력용기 안전 기준 비교 연구. KOSHA 연구보고서 2024-15.
디지털 변환 대응
Industry 4.0 시대에 맞춘 스마트 압력 센서 도입이 증가하고 있습니다.
- 독일: HART, PROFIBUS 프로토콜 선호
- 일본: DeviceNet, CC-Link 표준 사용
- 미국: Foundation Fieldbus, Ethernet/IP 활용
FAQ
Q1: 안전밸브 설정압력을 MPa 단위로 표기하는 이유는 무엇인가요?
A1: 안전밸브는 압력용기 안전과 직결되는 중요한 부품으로, 국제 안전 기준에서 MPa 단위를 표준으로 사용합니다. 또한 높은 압력을 다루는 경우가 많아 MPa 단위가 실용적입니다.
Q2: 반도체 산업에서 진공 압력을 Pa 단위로 표기하는 이유는 무엇인가요?
A2: 반도체 제조 공정에서는 매우 낮은 압력(고진공)을 다루므로, SI 기본 단위인 Pa를 사용하여 정밀한 측정값을 표현합니다. 또한 국제 반도체 표준에서 Pa 단위를 권장합니다.
Q3: 자동차 산업에서 bar 단위를 선호하는 이유는 무엇인가요?
A3: 자동차 산업에서는 유럽 표준의 영향으로 bar 단위를 널리 사용합니다. 또한 bar는 대기압과 비슷한 크기여서 엔진 오일압력, 브레이크 압력 등을 직관적으로 이해하기 쉽습니다.
Q4: 압력 트랜스미터의 단위 선택 기준은 무엇인가요?
A4: 압력 트랜스미터의 단위는 측정 범위와 적용 분야에 따라 결정됩니다. 저압(0-100 kPa)은 kPa, 중압(0-10 bar)은 bar, 고압(0-100 MPa)은 MPa 단위를 주로 사용합니다.
Q5: 국제 거래 시 압력 단위 환산에서 주의할 점은 무엇인가요?
A5: 가장 중요한 것은 절대압력과 상대압력의 구분입니다. 또한 환산 계수의 반올림 오류를 방지하기 위해 충분한 유효숫자를 사용하고, 계약서에 명확한 단위 표기를 포함해야 합니다.
※ 본 블로그의 모든 내용은 신뢰할 수 있는 출처에 기반하고 있으나, 실제 적용 시에는 반드시 전문가와 상의하시기 바랍니다.
참고문헌
김영호, 박철수. (2024). 국제 압력 표준과 측정 기술. 한국계측학회지, 36(1), 23-38.
대한기계학회. (2023). 압력 계측 기술 핸드북. 대한기계학회 출판부.
박정민, 이수현. (2024). 글로벌 압력 단위 체계 비교 연구. 측정과학기술, 15(2), 45-59.
한국산업안전보건공단. (2024). 국제 압력용기 안전 기준 비교 연구. KOSHA 연구보고서 2024-15.
한국표준과학연구원. (2024). 압력 국가표준 및 국제 비교 연구. KRISS 연구보고서 2024-P-001.
정상철, 김대수, 이영민. (2023). 산업용 압력 측정 시스템의 국제 표준화 동향. 제어계측학회 논문집, 29(8), 112-125.
조현우. (2024). 압력 단위 환산 시스템 개발. 한국정밀공학회지, 41(4), 267-275.
KS B 6262. (2019). 안전밸브 표준. 한국표준협회.
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