[공압 제어 지식] 압력 제어(Pressure Control) vs 유량 제어(Flow Control)

[공압 제어 지식] 압력 제어(Pressure Control) vs 유량 제어(Flow Control)

 

 

공압(Pneumatic fluid power)은 현대의 다양한 산업 프로세스에서 에너지를 전달하기 위한 보편적이고 비용-효율적인 방법입니다.

 

냉각 어플리케이션에서 유체는 열과 함께 흘러갑니다. 분석 계측기 어플리케이션에서 가스 이동속도는 어플리케이션의 시간 매커니즘에서 중요한 역할을 합니다. 가스의 일정한 압력은 수면 무호흡을 완화시킬 수 있습니다. 이 각각의 경우에 유체는 특정한 결과를 얻기 위해 통제되며 이러한 공압을 이용한 공정에 사용되는 것은 압력 제어 또는 유량제어입니다.

 

압력 및 유량 제어는 어떻게 이루어질까요?

유체 출력을 제어하는데 이상적인 제품은 무엇이며 결과에 어떤 영향을 미치는지, 이러한 질문에 대한 답은 압력제어와 유량제어의 정의 그리고 개방(Open-Loop) 및 폐쇄 루프(Closed-Loop) 시스템에 대한 이해로 시작합니다.

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Pressure VS. Flow - 기초

 

압력은 힘입니다. 그것은 모든 방향에서 동시에 같은 힘으로 작용합니다. 압력이 가하는 힘의 양은 압력이 가해지는 영역(압력 = 힘/면적)과 직접 관련이 있습니다. 압력 자체로는 방향성을 띄지 않습니다. 안정적인 압력 전달을 위해 특정 작동 내로 전달하고 가둘 필요가 있을 뿐입니다. 압력은 진공상태(음의 압력)일 수도 있습니다.

 

Flow는 차등 압력의 체적 간의 유체의 이동입니다. 가압된 유체는 항상 높은 압력에서 낮은 압력으로 이동합니다. 압력차이가 없으면 유체가 정체되고 시스템에는 유량이 없게 됩니다. 흐름(유체 역학 측면에서)은 두 가지 측정 단위로 분리됩니다. 체적 유량과 질량 유량입니다.

 

<체적 유량>

모든 가스에는 질량이 있습니다. 기체 분자(질량)를 포함하는 3차원 공간을 부피라고 합니다. 온도와 압력이 변함에 따라 부피는 변화됩니다. 체적 유량은 특정 가스가 시간 경과에 따라 점유한 공간을 측정합니다. 표준 측정 단위로는 분당 리터(LPM)와 분당 세제곱 피트(CFM)가 있습니다.

 

<질량 유량>

유체의 질량은 유한한 분자수를 지니고 있습니다. 유체는 질량을 점점 더 작은 부피로 압축하여 압력을 발생시킬 수 있다. 질량 유량은 한 점을 통과하는 분자의 수를 측정합니다. 표준 측정 단위는 분당 킬로그램 또는 분당 파운드입니다.

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Open-Loop vs. Closed-Loop Fluid Control

 

유체를 이용하여 힘을 발생시키도록 제어하는 것은 해당 공정으로 에너지의 양을 변화시키거나 세팅하는 작업을 의미합니다. 유체의 힘을 조절하기 위해 많은 방법과 제품을 이용할 수 있습니다. 하지만 이 모든 것들은 개방(Open-Loop) 및 폐쇄 루프(Closed-Loop) 시스템의 두 가지 개념 중 하나로 요약됩니다.

 

<개방(Open-Loop) 루프>

개방형 루프 제어 체계에서, 컨트롤러는 출력을 생성하기 위한 입력 동작만을 제공합니다. 즉, 작동 결과는 컨트롤러에 독립적이고 알 수 없습니다. 개방(Open-Loop) 루프 시스템의 한 예로 수도꼭지가 있습니다.

 

<수도꼭지 작동 단계>

컨트롤러(손)가 핸들을 돌려 밸브를 연다(입력 작용). 밸브가 열리고 (희망스럽게도) 수도꼭지에서 물이 흐르도록 한다. 물이 흐르는지 여부는 밸브와 손(컨트롤러)에 알 수 없다.

 

이러한 수도꼭지 작동과 같은 것을 개방(Open-Loop) 루프 시스템으로 간주합니다. 이러한 시스템은 일반적으로 비용이 적게 들지만 정확성과 반복 정밀도가 떨어지게 됩니다.

 

<폐쇄 루프(Closed-Loop)>

폐쇄 루프(Closed-Loop) 제어 방식에서 컨트롤러가 제공하는 입력 동작은 제어하려는 프로세스의 피드백에 의존합니다.

 

<폐쇄 루프의 수도꼭지 작동 단계>

수도꼭지 예를 사용해보면, 사람이 "허용되는" 온도에서 손을 씻기를 원한다고 가정합니다. 컨트롤러(손)는 수도꼭지에서 물이 흐를 수 있도록 고온 밸브와 저온 밸브를 모두 돌립니다. 다른 한 손은 흐르는 물 밑에 놓아 온도를 판단(측정)합니다. 뇌는 수온을 너무 뜨겁거나 너무 차가운 것으로 해석하고, 이 피드백은 입력 작용을 수정하기 위해 원래의 손(컨트롤러)에 제공됩니다. 이제 허용 가능한 온도가 유지될 수 있으며 변화가 발생할 때 쉽게 조정할 수 있습니다.

 

가장 간단한 용어로, 출력(결과)이 피드백을 통한 입력(조치)과 직접 관련이 있는 경우 이 시스템은 폐쇄 루프(Closed-Loop)이고 이것이 아닌 시스템은 개방(Open-Loop) 루프로 간주합니다.

 

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다음 편에서는 실제 압력 제어와 유량 제어 밸브들이 어떻게 작동하는지 그리고 기계적인 제어와 전기적 제어에 관해 이야기 하겠습니다. 

 

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