Pressure Switch란? 설정 압력 접점 동작 원리

Pressure Switch란 배관이나 탱크의 압력이 설정값에 도달하면 접점을 ON·OFF하여 설비를 제어하는 장치입니다. Diaphragm·Piston 방식과 Set Point·Differential의 동작 원리를 알아봅니다.

Pressure Switch란 무엇이며 어떤 역할을 할까?

Pressure Switch는 배관, Tank, Compressor, Hydraulic System 등에 가해지는 압력이 미리 설정한 기준에 도달했는지를 감지하여 전기적인 접점을 ON·OFF하는 장치입니다. 한국어로는 압력스위치라고 하며 압력을 연속적인 값으로 측정하는 Pressure Transmitter와 달리 특정 Set Point를 기준으로 상태를 판단하는 Point Detection Device로 사용됩니다. 산업현장에서는 Air Compressor의 기동·정지, Hydraulic Pump의 압력감시, Cooling Water와 Lubrication System의 압력확인, Filter 막힘 감시 및 설비의 High·Low Pressure Alarm 등에 활용됩니다. 예를 들어 압축공기 Tank의 압력이 일정값 이하로 내려가면 Compressor를 가동하고 상한압력에 도달하면 정지하도록 제어할 수 있습니다. 또한 장비운전에 필요한 압력이 확보되지 않은 경우 PLC에서 Interlock을 걸어 다음 Sequence가 실행되지 않도록 구성할 수 있습니다. 따라서 Pressure Switch는 압력값 자체를 정밀하게 표시하는 계측기보다는 설정된 압력조건을 전기적인 제어신호로 변환하는 설비감시·보호장치입니다.

Diaphragm과 Piston은 압력을 어떻게 감지할까?

기계식 Pressure Switch에서는 압력을 실제 움직임으로 변환하기 위해 Diaphragm, Bellows 또는 Piston과 같은 Pressure Sensing Element를 사용합니다. 유체의 압력이 Diaphragm의 일정한 면적에 작용하면 힘이 발생하고 압력이 높아질수록 Diaphragm의 변위 또는 전달되는 힘도 증가합니다. 반대쪽에는 Spring이 설치되어 압력에 의한 힘에 저항하며 Spring의 Preload를 조정하여 동작압력을 설정할 수 있습니다. 압력이 Set Point에 도달하여 압력에 의한 힘이 설정된 기계적인 조건을 넘으면 내부 Mechanism이 Micro Switch를 작동시켜 NO·NC Contact를 전환합니다. 압력이 다시 낮아지면 Spring의 복원력으로 Mechanism이 원래 상태로 돌아갑니다. Piston 방식도 압력으로 발생한 힘과 Spring Force를 비교한다는 기본개념은 비슷하지만 구조와 적용압력 범위가 다를 수 있습니다. 따라서 모든 Pressure Switch가 같은 검출구조를 사용하는 것은 아니며 압력범위와 유체특성에 맞는 Sensing Element를 선택해야 합니다.

Set Point와 Differential은 무엇을 의미할까?

Pressure Switch에서 중요한 사양이 Set Point와 Differential입니다. Set Point는 압력이 상승하거나 하강하면서 접점상태가 바뀌도록 설정된 기준압력을 의미합니다. Differential은 접점이 동작하는 압력과 다시 원래 상태로 복귀하는 압력 사이의 차이를 의미하며 Deadband라고 표현되는 경우도 있습니다. 예를 들어 Compressor 제어에서 압력이 하한값까지 내려가면 Motor를 기동하고 상한값에 도달하면 정지하도록 설정하면 두 압력 사이에 일정한 차이가 존재합니다. 이러한 차이가 없다면 압력이 설정값 주변에서 조금만 변해도 접점이 반복적으로 ON·OFF되어 Chattering이나 장비의 잦은 기동·정지가 발생할 수 있습니다. 제품에 따라 Set Point만 조정할 수 있거나 Differential까지 별도로 조정할 수 있습니다. 또한 Rising Pressure에서 동작하는지 Falling Pressure에서 동작하는지에 따라 설정방법이 달라질 수 있으므로 데이터시트의 Operating Point와 Reset Point를 확인해야 합니다. Set Point Accuracy와 Repeatability 역시 실제 제어성능을 결정하는 중요한 요소입니다.

Pressure Switch와 Pressure Transmitter는 무엇이 다를까?

Pressure Switch와 Pressure Transmitter는 모두 압력을 감지하지만 출력과 사용목적에 차이가 있습니다. Pressure Switch는 압력이 기준값을 넘었는지를 판단하여 Relay Contact 또는 Digital Output을 제공합니다. 따라서 High Pressure Alarm, Low Pressure Interlock과 Pump ON·OFF 같은 단순한 제어에 적합합니다. Pressure Transmitter는 측정범위 전체의 압력을 연속적으로 측정하여 일반적으로 4-20mA, 0-10V 또는 Digital Communication 등의 신호로 PLC나 DCS에 전달합니다. Controller는 이 값을 표시하고 Trend를 저장하거나 PID Control에 사용할 수 있습니다. 최근에는 Electronic Pressure Switch처럼 Digital Display와 연속적인 Pressure Measurement, Switching Output을 하나의 제품에 제공하는 장치도 있어 기능이 일부 겹칩니다. 중요한 설비에서는 Transmitter의 Software Alarm과 독립된 Pressure Switch를 별도로 구성하는 경우도 있습니다. 다만 실제 보호구조와 계측기의 독립성은 공정의 위험도와 요구되는 Safety Integrity에 따라 설계해야 합니다.

Pressure Switch를 선정할 때 무엇을 확인해야 할까?

Pressure Switch를 선정할 때는 Normal Operating Pressure와 필요한 Set Point뿐 아니라 Maximum Working Pressure와 Overpressure 또는 Proof Pressure를 확인해야 합니다. 측정유체가 Air, Water, Oil, Steam 또는 Chemical인지에 따라 Diaphragm과 Seal, Process Connection의 재질적합성도 검토해야 합니다. 높은 온도의 유체는 Sensor에 직접 전달되지 않도록 적절한 설치방법이 필요할 수 있습니다. 기계식 제품에서는 Contact Rating과 NO·NC 구조를 확인하고 Motor나 Solenoid 같은 큰 부하를 접점에 직접 연결하기보다는 정격에 맞는 Relay나 Contactor를 사용하는 것이 중요합니다. 전자식 제품은 Supply Voltage, NPN·PNP Output과 Analog Output 유무를 확인해야 합니다. 설치 후에는 기준 Pressure Gauge 또는 Calibrator를 이용하여 실제 Operating Point와 Reset Point를 점검하고 필요하면 Calibration을 수행합니다. 결국 Pressure Switch는 유체압력을 기계적 변위 또는 전자신호로 감지하고 설정압력에서 접점을 전환하여 설비의 운전·정지·경보·Interlock을 수행하는 핵심 압력제어 장치입니다.