피라니 게이지는 진공 시스템에서 저압을 측정하는 데 사용되는 신뢰할 수 있는 열전도도 게이지입니다. 1906년 마르첼로 피라니(Marcello Pirani)가 발명했으며, 가열된 요소로 저항 온도계를 효과적으로 사용하여 열전쌍 게이지처럼 열전쌍을 이용해 온도를 감지할 필요가 없습니다.
피라니 게이지는 관 속에 뜨거운 금속 와이어를 매달아 가스 압력 매질에 노출시키는 방식으로 작동합니다. 이 뜨거운 금속 와이어로는 텅스텐, 니켈, 백금 등 얇은 선재가 사용됩니다. 가스의 열전도도 변화를 감지해 시스템 압력을 계산하며, 0.1~100파스칼(Pa) 범위의 매우 낮은 압력 측정에 적합합니다. 고진공 압력 측정에도 널리 쓰이며, 획득한 데이터를 바탕으로 압력-저항 곡선을 작성해 보정합니다.
피라니 게이지는 측정 대상 진공 시스템에 연결된 관 내부에 금속 필라멘트(주로 백금)를 배치한 구조입니다. 연결부는 그라운드 글라스 조인트나 O-링으로 밀봉된 플랜지 금속 커넥터를 사용합니다. 필라멘트는 전기 회로에 연결되어 보정 후 압력 판독값을 얻습니다.
필라멘트에 전류가 흐르면 가열됩니다. 주변 가스 분자가 필라멘트와 충돌하며 열을 빼앗아가는데, 진공 펌프로 기체 압력이 낮아지면 분자 수가 비례해 감소하므로 열전도도가 낮아지고 필라멘트의 열 손실 속도가 느려집니다. 이 열 손실량을 간접 측정해 압력을 결정합니다.
금속 와이어의 전기 저항은 온도에 따라 변하므로, 저항 변화를 측정하면 필라멘트 온도를 알 수 있습니다. 휘스톤 브리지 회로로 필라민트 저항 변화를 정밀하게 측정하며, 보정 과정을 거치면 이 저항 변화가 가해진 압력의 척도가 됩니다.
일부 시스템에서는 필라멘트 저항을 일정하게 유지하기 위해 흐르는 전류(I)를 제어합니다. 이때 필요한 I²R 전력이 기체에 전달되는 열과 평형을 이루므로, 평형에 도달하는 데 필요한 전류량이 진공도를 나타내는 지표가 됩니다.
측정 범위는 약 0.5~10⁻³ 토르(Torr)입니다. 기체의 열전도도와 열용량이 판독값에 영향을 주므로 사용 전 보정이 필요하며, 더 낮은 압력 측정을 위해서는 페닝 게이지(Penning gauge) 등이 별도로 사용됩니다.
피라니 게이지는 진공 시스템의 저압 측정을 위한 대표적인 열전도도 게이지로, 뜨거운 금속 와이어의 열 손실 원리를 이용해 압력을 간접 측정합니다. 구조가 단순하고 저렴하면서도 저압 영역에서 빠르고 신뢰성 있는 측정이 가능해 산업 현장과 연구실에서 널리 쓰입니다. 다만 기체 종류에 따른 보정과 정기적인 유지보수가 필요하다는 점을 유의해야 합니다.
제조공정
배경 현대 세계 많은 공정이 가압 액체·가스 시스템 측정·제어 포함. 이 모니터링은 공정 바람직한 결과 도출과 안전 운전을 위한 특정 성능 기준 제어 반영. 보일러, 정제소, 상수도, 압축 가스 시스템 등 압력 게이지 용도 무궁무진. 기계식 압력 지시계(게이지)는 탄성 압력 엘리먼트, 소켓이라 불리는 나사 연결부, 무브먼트라 불리는 섹터·피니언 기어 기구, 보호 케이스·다이얼·뷰잉 렌즈 어셈블리로 구성. 탄성 압력 엘리먼트가 압력 영향으로 실제 변위/이동하는 부품. 적절 설계 시 고정밀·재현성 확보. 압력 엘리먼트 기어드 무브먼트
부르돈 압력 게이지란? 부르돈 압력 게이지는 1850년 발명된 이래 현재까지 증기, 물, 공기 등 각종 액체·기체 압력 측정에 가장 널리 쓰이는 기계식 압력계입니다. 최대 100,000 psi(약 70,000 N/cm²) 고압까지 측정 가능합니다. 타원형 단면을 가진 금속관을 C자형(약 250°) 또는 나선형(헬리컬/스파이럴)으로 감아 만들며, 내부 압력에 의해 관이 펴지려는 변위를 이용해 압력을 지시합니다. 전원이 필요 없는 순수 기계식으로, 0.6~100,000 psi 상대 압력 측정에 쓰입니다. 주요 용도는 중·고압 측정,
