전자식 압력스위치 작동의 모든 것: 원리, 설정, 그리고 문제 해결 완벽 가이드

전자식 압력스위치 작동의 모든 것: 원리, 설정, 그리고 문제 해결 완벽 가이드

 

목차

1. 전자식 압력스위치란 무엇인가?
   • 기계식 스위치와의 차이점
   • 전자식 스위치의 핵심 구성 요소
2. 전자식 압력스위치 작동 원리
   • 압력 감지 센서의 역할
   • 신호 처리 및 출력
3. 전자식 압력스위치 작동 방법 및 설정 절차
   • 초기 연결 및 전원 공급
   • 설정 메뉴 접근 및 파라미터 이해
   • 스위칭 압력(Set Point) 설정
   • 히스테리시스(Hysteresis) 또는 윈도우(Window) 모드 설정
   • 출력 신호 종류 설정 (NPN/PNP, NO/NC)
4. 전자식 압력스위치 작동 문제 해결 방법
   • 오류 코드 발생 시 대처
   • 설정값과 실제 작동의 불일치
   • 간헐적인 작동 오류 진단

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전자식 압력스위치란 무엇인가?

전자식 압력스위치는 시스템 내의 유체(액체 또는 기체) 압력을 측정하고, 설정된 압력 값에 도달하면 전기적 신호(스위치 출력)를 발생하는 장치입니다. 이는 산업 자동화, 공정 제어, 유압 및 공압 시스템 등에서 펌프, 밸브, 경보 장치 등을 제어하는 데 필수적으로 사용됩니다.

기계식 스위치와의 차이점

기계식 압력스위치는 보통 다이어프램이나 벨로우즈 같은 물리적인 부품이 압력 변화에 따라 움직여 직접 접점을 개폐합니다. 반면, 전자식 압력스위치는

[Image of pressure sensor working principle]
압력 트랜스듀서 또는 센서를 이용하여 압력을 전기적 신호(mV, V, mA)로 변환하고, 이 신호를 마이크로프로세서가 처리하여 설정된 값과 비교 후 트랜지스터 등의 전자 부품을 통해 출력을 발생시킵니다. 이로 인해 높은 정밀도, 넓은 설정 범위, 다양한 출력 옵션, 그리고 설정값의 디지털 표시가 가능합니다.

전자식 스위치의 핵심 구성 요소

주요 구성 요소는 다음과 같습니다:

• 압력 센서(Pressure Sensor): 압력을 전기적 신호로 변환하는 핵심 부품입니다. 주로 피에조 저항(Piezoresistive) 방식이나 박막 스트레인 게이지(Thin Film Strain Gauge) 방식이 사용됩니다.
• 신호 처리 회로(Signal Conditioning Circuit): 센서에서 나온 미세한 아날로그 신호를 증폭하고 노이즈를 제거하여 안정적인 디지털 신호로 변환합니다.
• 마이크로프로세서(Microprocessor): 사용자가 설정한 값(Set Point, Hysteresis 등)을 저장하고, 현재 압력 신호와 비교하여 스위치 출력을 결정하는 연산 작업을 수행합니다.
• 표시 장치(Display): 현재 압력 값과 설정 상태를 디지털로 표시해주는 LED 또는 LCD 화면입니다.
• 출력 회로(Output Circuit): 마이크로프로세서의 명령에 따라 외부 장치(PLC, 릴레이, 밸브 등)를 구동하기 위한 전기적 스위칭 신호(NPN/PNP, NO/NC)를 제공합니다.

전자식 압력스위치 작동 원리

전자식 압력스위치의 작동은 압력 감지, 신호 변환, 디지털 비교, 그리고 출력 발생의 4단계로 이루어집니다.

압력 감지 센서의 역할

시스템의 압력은 센서의 감지부에 가해집니다. 이때, 센서 내부의 미세 구조(예: 피에조 저항체)에 물리적인 변형이 발생하고, 이 변형은 전기 저항의 변화로 이어집니다. 이 저항 변화는 휘트스톤 브리지 회로를 통해 전압 신호(mV 단위)로 출력됩니다. 이 전압은 인가된 압력에 정비례합니다.

신호 처리 및 출력

1. 아날로그-디지털 변환(ADC): 센서에서 출력된 아날로그 전압 신호는 신호 처리 회로를 거쳐 증폭되고, 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 통해 마이크로프로세서가 이해할 수 있는 디지털 데이터로 변환됩니다.
2. 설정값과의 비교: 마이크로프로세서는 변환된 현재 압력 디지털 값을 사용자가 미리 설정한 스위칭 압력(Set Point) 값과 비교합니다.
3. 출력 신호 생성: 비교 결과, 현재 압력이 설정값을 초과하거나 미달하는 등 설정 조건이 충족되면, 마이크로프로세서는 출력 회로에 명령을 내립니다. 출력 회로는 트랜지스터(예: NPN 또는 PNP)를 온(ON) 또는 오프(OFF)시켜 외부 부하(예: 펌프 모터)를 제어하기 위한 전기적 스위칭 신호를 발생시킵니다. 이 스위칭 신호는 일반적으로 로직 제어를 위해 PLC(Programmable Logic Controller) 등으로 입력됩니다.

전자식 압력스위치 작동 방법 및 설정 절차

전자식 압력스위치를 시스템에 성공적으로 적용하고 제어하기 위해서는 올바른 설정 절차가 필수적입니다.

초기 연결 및 전원 공급

• 배선 확인: 제품 매뉴얼에 따라 전원(DC 12~24V 등), 출력 신호 선(NPN 또는 PNP), 접지선을 정확하게 연결합니다. 출력 종류(NPN/PNP)에 따라 배선 방식이 달라지므로 주의해야 합니다.
• 압력 포트 연결: 스위치를 측정할 배관이나 용기에 압력 포트를 기밀하게 연결합니다.

설정 메뉴 접근 및 파라미터 이해

대부분의 전자식 스위치는 본체에 위치한 2~4개의 버튼(예: SET, UP, DOWN, ENTER)을 이용하여 설정 메뉴에 접근합니다.

• SET 버튼 길게 누르기: 초기 설정 모드(Program Mode)로 진입합니다.

스위칭 압력(Set Point) 설정

• Set Point (P1 또는 S.P): 스위치가 켜지거나(ON) 꺼지는(OFF) 기준이 되는 압력 값입니다. 예를 들어, 펌프를 켜야 하는 최저 압력이나, 밸브를 닫아야 하는 최고 압력을 이 값으로 설정합니다.
• 설정 방법: 메뉴에서 해당 파라미터를 선택하고 UP/DOWN 버튼을 사용하여 원하는 압력 값으로 조정한 후 저장합니다.

히스테리시스(Hysteresis) 또는 윈도우(Window) 모드 설정

전자식 스위치의 핵심적인 기능이며, 스위치의 불필요한 빈번한 동작(채터링)을 방지합니다.

• 히스테리시스 모드 (Hysteresis Mode, HYS): 가장 일반적인 설정입니다. 스위치가 켜지는 압력(P-ON)과 꺼지는 압력(P-OFF) 사이에 일정한 차이(Dead Band)를 두는 방식입니다.
  • 예시: P-ON = 5 bar, P-OFF = 7 bar로 설정하면, 압력이 7 bar에 도달하면 출력이 꺼지고, 5 bar로 내려가야 다시 출력이 켜집니다. 압력 값의 사소한 변동에 민감하게 반응하지 않아 장비 수명을 연장합니다.
• 윈도우 모드 (Window Mode, WIN): 설정된 최소값(P-LOW)과 최대값(P-HIGH) 사이의 특정 압력 범위 내에서만 스위치를 ON 상태로 유지하는 방식입니다.
  • 예시: P-LOW = 5 bar, P-HIGH = 7 bar로 설정하면, 압력이 5~7 bar 사이일 때만 출력이 켜지고, 이 범위를 벗어나면 꺼집니다. 안전 영역 감지 등에 유용합니다.

출력 신호 종류 설정 (NPN/PNP, NO/NC)

• NPN/PNP: 출력 방식(싱크/소스)을 시스템의 요구사항에 맞게 설정합니다.
• NO/NC (Normally Open/Normally Closed): 평상시(압력이 설정값에 도달하지 않았을 때) 출력이 열림(OFF) 상태인지 닫힘(ON) 상태인지 선택합니다. 일반적으로 압력이 설정값에 도달했을 때 출력을 ON으로 하는 NO(Normal Open)를 많이 사용합니다.

전자식 압력스위치 작동 문제 해결 방법

정확하게 설정했음에도 불구하고 스위치가 올바르게 작동하지 않을 경우, 다음의 절차를 통해 문제를 진단하고 해결할 수 있습니다.

오류 코드 발생 시 대처

대부분의 전자식 스위치는 센서 이상, 범위 초과/미달 등의 문제가 발생했을 때 디스플레이에 'ERR', 'OL(Over Load)', 'UL(Under Load)' 등의 오류 코드를 표시합니다.

• 'ERR' 또는 'Sensor Error': 센서 자체의 결함이나 단선/합선 문제일 수 있습니다. 배선 상태를 점검하고, 문제가 지속되면 스위치 교체가 필요합니다.
• 'OL' 또는 'UL': 측정 압력이 스위치의 최대/최소 측정 범위를 벗어난 경우입니다. 시스템 압력이 스위치 사양 내에 있는지 확인합니다.

설정값과 실제 작동의 불일치

스위치의 디스플레이에 표시되는 압력은 정확하지만, 설정된 압력에서 스위칭이 일어나지 않는 경우가 있습니다.

• 히스테리시스 값 확인: 가장 흔한 원인입니다. 설정된 Set Point와 Hysteresis(또는 Dead Band) 값을 다시 확인하여 현재 압력이 두 경계값 중 어느 곳에 위치하는지 파악합니다.
• NO/NC 설정 확인: 출력 모드(NO 또는 NC)가 시스템이 요구하는 논리(Logic)와 반대로 설정되어 있을 수 있습니다. 예를 들어, 압력이 높을 때 펌프를 끄고 싶지만, 스위치가 NO로 설정되어 있어 반대로 작동할 수 있습니다.

간헐적인 작동 오류 진단

특정 압력에서만 문제가 발생하거나, 가끔씩 오작동하는 경우입니다.

• 전원 안정성 문제: 입력 전원(DC)의 전압 변동이 심하거나 노이즈가 유입될 경우, 마이크로프로세서가 오작동할 수 있습니다. 안정적인 전원 공급이 필수입니다.
• 배관의 맥동(Pulsation): 펌프나 컴프레서 근처에 스위치가 설치되어 압력 맥동이 심한 경우, 스위치가 설정값을 빠르게 넘나들어 출력 접점이 헌팅(Hunting, 불안정하게 반복 동작)할 수 있습니다. 이 경우 댐퍼(Damper) 또는 사이펀(Syphon)과 같은 악세사리를 스위치 전단에 설치하여 압력 변동을 완화해야 합니다. 또한, 스위치 자체의 응답 속도(Response Time) 설정 기능을 사용하여 미세한 노이즈를 무시하도록 설정할 수도 있습니다.
• 부하 연결 문제: 출력 회로에 연결된 부하(릴레이, 솔레노이드 밸브 등)의 전류 소비가 스위치의 최대 허용 출력 전류를 초과하여 스위치 내부 트랜지스터에 과부하가 걸렸을 수 있습니다. 반드시 정격 전류를 확인하고, 필요한 경우 외부에 중간 릴레이를 사용하여 부하를 분리해야 합니다.