공업 계장계기류 측정 신뢰성과 검,교정을 위한 계측기의 선택에 대하여 알아 보겠습니다.
플랜트 운전의 신뢰성, 효율성을 유지 하려면 각종 계장 장비류를 최상의 상태로 유지할 필요가 있으며, 현장 유지보수 목적중 상당 부분은 관련 계기류의 점검, 오차 한계 이내로의 교정등을 주기적, 필수적으로 행합니다.고도화, 정밀화, 첨단화 될수록 측정 정확도, 신뢰도는 중요하며, 이를 위해 적합한 계측기 선정이 필수적 입니다.
기본적인 사항 이지만, 계측기 선택시 고려해야할 사항들과 용어등을 정리하여 봅니다.
정확도 비율 이란 ?
교정기 vs 피교정체의 정확도 비율을 의미하며, 교정기의 정확도는 피교정체 보다 4배 이상 높아야 합니다.
만약 4배가 안 된다면, 교정한 결과치에 교정기 불확도와 피교정체 불확도를 추가한 수치가 실제 정확도에 가깝게 됩니다.
예) 피측정체의 정확도가 1mm H2O라면 교정기의 정확도는 0.25mm H2O 보다 좋아야 합니다.
100 mmH2O 차압발신기의 정확도는 0.25%이고, 교정기는 400mmH2O 범위에 0.05% 정확도를 가지고 있다면 정확도 비율은 얼마일까요?
100 mmH2O x 0.25% = 0.25 mmH2O
400 mmH2O x 0.05% = 0.20 mmH2O
따라서, 정확도 비율은 0.25 / 0.2 : 1
즉, 1.2 : 1 이 됩니다.
정확도 (Accuracy) 와 불확도 (Uncertainty)
최대 범위가 100 Kg/Cm2의 압력 전송기에서 정확도가 0.25%FS 라면
불확도는 100 Kg/Cm2 x 0.025 = ± 0.25 Kg/Cm2이 되므로 만약 전송기가 15 Kg/Cm2을 표시하고 있다면,
실제적인 측정치는 14.75 ~ 15.25 Kg/Cm2 사이에 있게 됩니다.
분해능 (Rsolutions) 과 불확도 (Uncertainty)
다음과 같은 세종류의 계측기중, 가장 좋은 계측기는 어느 장비일까요 ?
분해능 불확도
계측기 A 20.00 mA ± 0.32 mA
계측기 B 20.00 mA ± – 0.05 mA
계측기 C 20.00 mA ± – 0.01 mA
보시다시피 상기 계측기의 분해능은 똑같이 0.01 mA 입니다. 즉, 분해능이 좋다고 계측기가 좋은 것은 아니며, 상기 계측기 중 “계측기 C” 가 가장 정밀한 계측기 입니다.
분해능 (Resolution) 과 정확도 (Accuracy)
분해능은 정확도보다 좋을 수 있으나, 정확도는 분해능 보다 좋을 수 없습니다.
예로서, 3½ Digit 계측기가 있다면 이 계측기는 입력 신호를 1999로 나눌 수 있고 분해능은 1999의 1 또는 0.05%가 될 것입니다. 따라서 이 계측기의 분해능은 0.05%이고 정확도의 한계치는 0.05%가 될 것입니다.
만약 분해능을 저하 시키면 정확도도 따라서 저하되지만 분해능을 증가 시킨다고 정확도가 좋아지는 것은 아닙니다.
예를 하나 더 들자면, 정확도 0.05% FS 의 4½ Digit (분해능:0.005%) 계측기가 있다고 할 때, 이미 설명 드린대로 마지막 1 Digit (LSD)는 의미가 없음을 알 수 있습니다.
|
▶ 모든 Digit가 정확하다고 믿지 마십시오. ▶ 항상 정확도 와 분해능의 차이를 기억하십시오. |
분해능 (Resolution): 계측기가 표시, 또는 지시할 수 있는 가장 작은 증,감치로서 통상적으로 다음과 같이 표시되어 있습니다.
■ Least Significant Digit (LSD)
■ Part Per Million (PPM)
■ Counts
■ Digits
정확도 (Accuracy) : 계측기가 특정한 조건하에서 사용될 때의 최대 오차 한계치로서 통상적으로 Conformity, Linearity, Hysterisis, Dead band등이 포함된 수치입니다.
■ % of FS
■ % of SPAN
■ % of Range
■ % of Reading
■ % of Indicated Value
등으로 표시되며, 다음 그림에 간단히 차이점을 보입니다.
Accuracy : Reading vs FS (full scale)
정확도 (Accuracy) 사양 읽는법
정확도 (Accuracy) 는 측정치와 진실(표준)치와의 비율 입니다.
다음과 같은 사양의 멀티미터에서 과연 정확도는 얼마일까요?
– Range : 32.00 mA
– Accuracy : 1.5% of Reading + 2 digits
만약 이 계측기로 20 mA를 측정하였다면,
불확도(Uncertainty) 는 (20.00 x 0.015) + 0.02 = 0.32 mA 따라서 측정치는 19.68 ~ 20.32 mA 범위에 있습니다.
이번에는 Digital Pressure Indicator 사양 중 하나를 더 보면,– Range : 30.000 Psi– Accuracy : 0.07% of Reading + 0.03% of FS + 1 digit만약 이 계측기로 15.000 Psi의 압력을 측정하였다면,
불확도(Uncertainty)는 (15 x 0.0007) + (30 x 0.0003) + 0.001 = 0.02 Psi
따라서 측정치는 14.98 ~ 15.02 Psi 범위에 있습니다.
Linearity, Hysteresis, 와 Repeatability
Specification 에 Linearity, Hysteresis 및 Repeatability가 포함되어 있습니까?
다음에 간략히 나타내었습니다.
Linearity, Hysteresis and Repeatability
이중에서도 균일성을 부여하는것은 Accuracy 와 Repetability 입니다. 반복 측정을 행하는경우 매번 측정치가 편차가 생긴다면 (Dryblock 같은경우 빈발), 측정방법, 해당 계측기 세부사양, 주변환경 (전원변동까지도 영향을 줍니다)등을 점검해 봐야 합니다.
Accuracy, Repeatability
미압 압력 교정
압력 교정 중에서 미압용 단위 중 물과 관련된 “mmH2O” 를 사용하는 경우에는 온도에 따른 밀도(Density)문제가 개입 됩니다. 따라서 피 측정체가 적용되는 환경을 파악, 적용하여 교정하여야 합니다. 물론 온도 차가 나면 당연히 압력 차가 생기게 되고 압력 범위에 따라 다르겠지만 오차가 발생되게 됩니다. (표 참고)
|
온도 |
일반적인 적용 |
비 고 |
|
4 도씨 (화씨 39.2도) |
과학용 (Scientific) |
최대밀도 점(물) |
|
15.6도씨(화씨 60도) |
미국개스협회(AGA) |
|
|
20도씨(화씨 69도) |
공업용 (Industrial) |
HVAC |
|
23도씨(화씨 74.4도) |
공업용,실험용(Industrial & Laboratory |
실내온도에서 Cooling 하지 않고 실용적으로 사용하는 기준 온도 |
예로서 1 ” H2O (25.4mm H2O) 의 오차를 점검하여 본다면,
4℃ : 0.036127 Psi,
15.6℃: 0.036092 Psi (4℃ 대비 -0.098%),
20℃ : 0.036063 Psi (4℃ 대비 -0.178%)로 차이가 나는 것을 확인할 수 있습니다.
통상적으로 아주 미압인 경우는 이정도의 오차는 무시하여도 되지만, 만약 10,000 ~ 20,000 mmH2O의 범위라면 50 mmH2O 정도 편차를 보이므로 무시할 수 없는 오차가 되는것 입니다.
물론 계장 기기류는 당연히 23℃를 기준으로 하여야 할 것입니다. 또한 요즈음의 계측기는 4℃, 23℃등을 변경하여 가면서 사용할 수 있도록 되어있는 계측기도 많으므로 잘 선택하여 사용하면 됩니다.
보다 자세한 협의가 필요하시면, 이분야에서 오랜기간 경험을 쌓은 티엠솔루션(주)로 연락 주십시오.
전화 02-2025-4280, 이메일 sales@tmsolutions.co.kr 입니다.
감사합니다. 보람찬 하루 되십시오.
TM Solutions inc. / 티엠솔루션(주) 홈페이지
계기, 계측기 전문 취급
www.tmsolutions.co.kr