개념 한 쪽
계측기기 점검은 각 계측기의 측정 원리와 적용 환경을 올바르게 구분하는 일이 핵심이다. 광전도·이온화·열·압력 등 감지 대상별 원리를 파악하면 오답을 소거할 수 있다. 또한 유량·단면·온도·레벨 등 개별 계측의 수식과 표준 신호 범위를 정확히 기억하면 실무형 문항을 해결할 수 있다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「계측기기 점검」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 오리피스 유량·압력 관계 판정 | 1 | 오리피스의 Q와 ΔP 관계를 제곱·제곱근으로 올바르게 고르기 |
| 밀폐·고압 탱크 액면계 선택 | 1 | 밀폐 고압 또는 부식성 탱크에 적합한 액면계 방식 고르기 |
| 보호관 재질 특성 판별 | 1 | 전기 절연성·내열충격·화학저항성 등으로 보호관 재질을 가리기 |
화염 검출은 감지 대상에 따라 원리가 다르다. 발광을 이용하는 센서는 빛에 의해 저항이 변하는 광전도 소자인 CdS 셀이다. 이온을 이용하는 플레임로드는 화염 속 이온화 전류를 검출한다. 열을 이용하는 바이메탈과 압력·온도를 감지하는 스택스위치는 발광 검출과 구분해야 한다.
오리피스 유량계는 압력차를 이용해 유량을 산정한다. 베르누이 관계에 따라 유량 Q는 압력차의 제곱근에 비례하므로 Q ∝ √ΔP이고, 이를 ΔP에 대해 정리하면 ΔP ∝ Q²가 되어 압력차는 유량의 제곱에 비례한다. 문제에서는 어느 쪽이 누구에게 비례하는지 뒤집어 묻는 함정이 자주 등장한다.
액면 측정은 탱크의 구조와 내용물 특성에 따라 측정 방식이 달라진다. 밀폐·고압·부식성 탱크는 내부에 기구를 넣기 어렵기 때문에 비접촉식인 감마선식과 같이 탱크 외부에서 선원과 검출기를 설치하는 방식이 적합하다. 플로트식이나 차압식은 탱크 내부 혹은 침투가 필요한 방식이어서 이런 환경에는 부적합하다.
보호관 재질은 전기적 특성, 내열성, 기계적 강도 및 화학적 내성에 따라 판단한다. 석영관은 유리질로 전기 절연성이 우수하고 급열·급냉에 견디지만 기계적 충격에 약하고 알칼리에 약한 특징이 있으며 상용온도가 약 1000℃ 이하인 비금속 보호관에 해당한다.
스테판-볼츠만 법칙은 방사 온도계의 기본 원리로, 흑체의 방사에너지는 절대온도 T의 4제곱에 비례한다고 정리한다. 즉 E = σT⁴이므로 절대온도가 2배가 되면 방사에너지는 16배가 된다.
공기식 전송의 표준 신호압력과 전기식 전송의 표준 전류는 함께 외워야 한다. 공기식 계장의 신호압력 범위는 0.2~1.0 kg/cm²이고 전기식 전송 신호는 4~20 mA로 짝지어 기억하면 신호 관련 문항을 바로 판별할 수 있다.
오리피스 문제는 관계를 역으로 읽는 함정이 많다. 유량과 압력차의 관계 Q ∝ √ΔP를 알면 양변을 제곱하여 ΔP ∝ Q²를 얻는다. 따라서 문제에서 "압력차는 유량의 제곱에 비례"라고 묻는 표현이 나오면 정답으로 처리한다.
방사온도계 관련 계산은 스테판-볼츠만 법칙을 그대로 적용한다. 예를 들어 절대온도 T가 2배가 되면 방사에너지는 2⁴ = 16배가 되므로 배수관계를 묻는 문항에서 이 비례식을 이용해 답을 도출한다.
유체 관로에 설치된 오리피스(orifice) 전후의 압력차는 (ㄱ)에 (ㄴ)한다. 괄호 안 ㄱ, ㄴ에 알맞는 내용은?
정답 ① · 관로 내에 오리피스(Orifice)와 같은 축소 기구를 설치하면 유체의 유속이 증가하고 정압은 감소하게 됩니다. 베르누이 정리에 근거한 유량 측정 원리에 따르면, 오리피스를 통과하는 유량(Q)은 오리피스 전후에 발생하는 영구 압력 차이(ΔP)의 제곱근에 비례합니다.
오리피스 유량은 압력차의 제곱근에 비례(Q∝√ΔP)하므로, 압력차는 유량의 제곱에 비례한다.
밀폐 고압탱크나 부식성 탱크의 액면 측정이 가장 용이한 액면계는?
정답 ④ · 밀폐 고압 탱크나 부식성 탱크와 같이 외부에서 접근하기 어렵거나 위험한 환경에서는 탱크를 직접 관통하지 않고 비접촉으로 측정하는 방식이 필수적입니다. 감마(γ)선식 액면계는 방사선이 물질을 투과하는 성질을 이용하므로, 탱크 외부에서 장치를 설치하여 액면을 측정할 수 있습니다.
밀폐·고압·부식성 탱크는 비접촉 측정이 유리하므로 탱크 밖에서 투과시키는 감마(γ)선식이 최적이다.
전기적 절연성을 가지며 급열, 급냉에 견디고 기계적 충격에 약한 것이 결점이다. 또한 알칼리에는 약하나 산에는 강하며 상용온도가 1000℃이하인 비금속 보호관은?
정답 ③ · 문항은 전기적 절연성, 급열·급냉에 대한 내성, 기계적 충격에 약점, 알칼리에 약하고 산에는 강한 비금속 보호관을 묻고 있다. 석영관은 유리계열로 전기 절연성과 높은 내열충격성을 가지며 산에 대한 내식성은 우수하지만 알칼리에 약하고 기계적 충격에 취약한 특성을 가진다.
석영관은 절연성·내열충격성이 크고 산에 강하지만 알칼리와 기계적 충격에 약한 유리질 보호관이다.
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