산업 공정 제어용 트랜스미터 선정 가이드

산업 공정 제어용 트랜스미터 선정 가이드

서론

컨텍스트: 현대 산업 자동화에서 정확한 공정 측정은 효율성, 안전성 및 품질 관리의 핵심 요소입니다. 공정 변수를 정밀하게 측정하고 제어하는 능력은 생산성을 극대화하고 비용을 절감하며 규제 요구사항을 충족시키는 데 필수적입니다.

트랜스미터 정의: 산업 공정 제어 트랜스미터는 센서가 측정한 물리적 공정 변수를 표준화된 신호 형태로 변환하여 모니터링 및 제어 시스템(예: PLC, DCS)으로 전송하는 장치입니다. 이는 물리적 공정과 제어 시스템 사이의 중요한 다리 역할을 수행합니다.  

 

선정의 중요성: 올바른 트랜스미터를 선정하는 것은 매우 중요합니다. 부적절한 트랜스미터 선택은 부정확한 측정, 제어 성능 저하, 잠재적 안전 위험, 유지보수 비용 증가, 운영 비용 상승으로 이어질 수 있습니다. 따라서 공정 특성, 환경 조건, 성능 요구사항 등 다양한 요소를 종합적으로 고려하여 최적의 트랜스미터를 선정해야 합니다.

보고서 범위: 본 보고서는 산업 공정 제어용 트랜스미터 선정 시 고려해야 할 핵심 사항들을 포괄적으로 다룹니다. 트랜스미터의 기본 원리부터 시작하여 측정 대상 공정 변수 및 범위 설정, 성능 요구사항 평가, 설치 환경 및 재질 선정, 통신 프로토콜 및 시스템 통합, 전원 공급 및 배선 방식, 그리고 교정, 유지보수, 비용 등 실질적인 운영 측면까지 상세하게 설명하여 사용자가 최적의 트랜스미터를 선정하는 데 필요한 전문 지식과 실질적인 가이드라인을 제공하는 것을 목표로 합니다.

섹션 1: 트랜스미터 기본 원리 이해

1.1. 공정 제어 루프 내 정의 및 핵심 기능

상세 정의: 트랜스미터는 센서로부터 입력을 받아 신호를 조정하고(필요시 선형화 포함), 이를 표준화된 형식(예: 4-20mA 전류 또는 디지털 Fieldbus 신호)으로 변환하여 제어 시스템으로 전송하는 핵심 장치입니다. 이 표준화된 신호는 장거리 전송에 적합하며 다양한 제어 기기와의 호환성을 보장합니다.  

 

제어 루프 내 역할: 일반적인 공정 제어 루프는 센서(Sensor), 트랜스미터(Transmitter), 제어기(Controller, 예: PLC/DCS), 최종 제어 요소(Final Control Element, 예: 제어 밸브)로 구성됩니다. 이 루프 내에서 트랜스미터는 센서가 감지한 물리량을 제어기가 이해할 수 있는 공정 변수(Process Variable, PV) 신호로 변환하여 전달하는 중요한 역할을 담당합니다. 제어기는 이 PV 값을 설정값(Setpoint, SP)과 비교하여 제어 로직에 따라 최종 제어 요소에 명령을 내립니다.  

 

표준 신호: 과거에는 공압 신호(예: 3-15 psi)가 표준으로 사용되었으나, 현대 산업에서는 전기적 신호가 주류를 이룹니다. 가장 널리 사용되는 아날로그 신호는 4-20mA 전류 신호이며 , 전압 신호(예: 1-5V)도 사용됩니다. 또한, HART, FOUNDATION Fieldbus, Profibus PA와 같은 디지털 통신 프로토콜은 더 많은 정보 전송과 양방향 통신을 가능하게 합니다. 이러한 표준 신호의 사용은 서로 다른 제조사의 기기 간 호환성을 확보하고 시스템 통합을 용이하게 합니다. 4-20mA 신호에서 4mA는 측정 범위의 0%를 나타내는 '라이브 제로(live zero)'로, 신호가 0mA가 되면 루프 단선이나 기기 고장을 감지할 수 있는 장점이 있습니다.  

1.2. 주요 측정 대상 공정 변수

주요 변수: 트랜스미터는 다양한 공정 변수를 측정하는 데 사용되며, 가장 대표적인 4가지 변수는 다음과 같습니다 : 

• 압력(Pressure): 공정 라인, 용기 등의 압력을 측정하여 공정 안전 확보 및 제어에 사용됩니다. 게이지압, 절대압, 차압 등 다양한 형태의 압력을 측정합니다.
• 온도(Temperature): 화학 반응 속도 조절, 제품 품질 유지 등 공정 최적화를 위해 온도를 정밀하게 측정하고 제어합니다.
• 유량(Flow): 파이프라인을 통과하는 유체(액체, 기체)의 양을 측정하여 물질 수지 관리, 공정 효율성 분석 등에 활용됩니다.
• 레벨(Level): 탱크나 용기 내 액체 또는 고체의 높이를 측정하여 재고 관리, 오버플로우 방지, 공정 안정성 유지에 기여합니다.

기타 변수: 상기 4가지 주요 변수 외에도 트랜스미터는 다음과 같은 다양한 변수를 측정하는 데 활용됩니다 :  

• 분석 변수: pH, 전도도(Conductivity), 용존 산소(DO), 가스 농도 등 공정 유체의 화학적 특성 분석
• 기계적 변수: 위치(Position), 속도(Speed), 진동(Vibration) 등 기계 설비 상태 모니터링
• 기타: 밀도(Density), 점도(Viscosity), 질량(Mass) 등

이처럼 트랜스미터 기술은 다양한 산업 공정의 핵심 변수를 측정하고 제어 시스템에 전달하는 데 필수적인 역할을 수행합니다.

1.3. 센서, 트랜스듀서, 트랜스미터의 구분

산업 현장에서는 센서, 트랜스듀서, 트랜스미터라는 용어가 혼용되어 사용되는 경우가 많아 혼란을 야기할 수 있습니다. 각 용어의 정확한 의미와 역할을 구분하는 것이 중요합니다.  

 

• 센서(Sensor): 공정 변수의 물리적 변화(예: 온도 변화, 압력 변화)를 직접 감지하는 1차 요소(Primary Element)입니다. 센서의 출력은 표준화되지 않았거나 장거리 전송에 적합하지 않을 수 있습니다. 예를 들어, 써모커플은 온도 차이에 비례하는 mV 단위의 전압을 생성합니다.  
   
• 트랜스듀서(Transducer): 한 형태의 에너지나 신호를 다른 형태의 에너지나 신호로 변환하는 모든 장치를 포괄하는 넓은 개념입니다. 센서도 트랜스듀서의 한 종류입니다. 일부 정의에서는 트랜스듀서의 출력이 전기적 신호라고 명시하기도 하지만 , 다른 정의에서는 표준화되지 않은 저수준(low-level)의 전기 신호로 변환한다고 설명합니다. 예를 들어, 스트레인 게이지는 압력에 의한 변형을 저항 변화라는 전기적 신호로 변환하는 트랜스듀서입니다.  
   
• 트랜스미터(Transmitter): 공정 제어 분야에서 트랜스미터는 종종 센서와 트랜스듀서를 통합하지만, 가장 중요한 기능은 센서/트랜스듀서로부터 받은 신호를 조정(Conditioning), 증폭(Amplification)하고 표준화된 전송 가능한 신호(예: 4-20mA, Fieldbus)로 변환하는 것입니다. 이 표준화된 신호는 제어 시스템(PLC/DCS)에서 직접 사용될 수 있으며, 노이즈의 영향을 덜 받고 장거리 전송에 적합합니다. 또한 트랜스미터는 종종 교정(Calibration) 기능과 자체 진단 기능을 포함합니다.  

결론적으로, 공정 제어에서 트랜스미터를 명확히 구분하는 핵심 특징은 센서의 측정값을 받아 표준화된 신호로 변환하여 제어 시스템으로 전송하는 기능입니다. 센서는 감지, 트랜스듀서는 변환(종종 비표준 신호로), 트랜스미터는 표준화 및 전송을 담당한다고 이해할 수 있습니다. 이러한 명확한 구분은 장비 사양을 정확히 정의하고 적합한 기기를 선정하는 데 필수적입니다.

 

섹션 2: 측정 요구사항 정의

트랜스미터 선정 과정의 첫 단계는 측정하고자 하는 공정 변수와 해당 측정의 요구사항을 명확히 정의하는 것입니다. 이는 트랜스미터의 기본적인 유형과 사양을 결정하는 기초가 됩니다.

2.1. 측정 대상 특정 공정 변수(PV) 식별

중요성: 가장 먼저, 측정해야 할 공정 변수(PV)가 무엇인지 정확하게 식별해야 합니다. 예를 들어, 압력을 측정한다면 게이지압(Gauge Pressure), 절대압(Absolute Pressure), 또는 차압(Differential Pressure) 중 어떤 것인지 명확히 해야 합니다. 차압 트랜스미터는 유량이나 레벨 측정에도 활용될 수 있으므로 , 측정 목적을 명확히 하는 것이 중요합니다. 온도, 유량, 레벨 등 다른 변수들도 마찬가지로 구체적인 측정 대상과 방식을 정의해야 합니다.  

 

공정 컨텍스트: 단순히 무엇을 측정할지 뿐만 아니라, 해당 측정이 전체 공정 제어 전략 내에서 어떤 목적으로 사용되는지를 이해하는 것이 중요합니다. 단순 모니터링용인지, 경보(Alarm) 발생용인지, 폐쇄 루프 제어(Closed-loop Control)의 입력값으로 사용될 것인지, 아니면 안전 계장 시스템(Safety Instrumented System, SIS)의 일부인지에 따라 요구되는 정확도, 응답 속도, 신뢰성 수준이 달라집니다. 예를 들어, 중요한 제어 루프나 안전 시스템에 사용되는 트랜스미터는 높은 정확도와 빠른 응답 속도, 그리고 높은 신뢰성이 요구될 것입니다.

2.2. 측정 범위(Range) 및 스팬(Span) 결정 (URL, LRL, URV, LRV)

용어 정의: 트랜스미터의 측정 범위를 설정하기 위해 다음 용어들을 명확히 이해해야 합니다.

• 측정 범위(Range): 트랜스미터의 센서 요소가 손상 없이 측정할 수 있는 최소값부터 최대값까지의 전체 영역입니다.  
• 상한 측정 범위(Upper Range Limit, URL): 센서가 측정하도록 설계된 가장 높은 값입니다. 센서가 안전하게 작동할 수 있는 최대 압력/온도 등과 관련됩니다.  
• 하한 측정 범위(Lower Range Limit, LRL): 센서가 측정하도록 설계된 가장 낮은 값입니다. 
• 상한 교정값(Upper Range Value, URV): 트랜스미터가 표준 출력 신호의 100% (예: 20mA)를 내보내도록 교정(calibrate)된 측정값입니다. 
• 하한 교정값(Lower Range Value, LRV): 트랜스미터가 표준 출력 신호의 0% (예: 4mA)를 내보내도록 교정된 측정값입니다. 
• 스팬(Span): 교정된 측정 범위의 폭으로, URV와 LRV의 차이 (URV - LRV)입니다. 

선정 지침: 트랜스미터의 교정 범위(LRV ~ URV)는 공정 변수의 정상 작동 범위를 완전히 포함해야 하며, 예상되는 최대/최소 운전 조건이나 공정 이상(upset) 상태까지 고려하여 여유를 두어야 합니다. 예를 들어, 정상 운전 압력이 50 bar이고 최대 70 bar까지 상승할 수 있다면, URV는 70 bar 이상으로 설정하는 것이 좋습니다. 또한, 설정된 URV는 트랜스미터의 URL을 초과하지 않도록 주의해야 합니다. 특히 차압(DP) 트랜스미터를 이용한 유량 측정의 경우, 설계 유량에서의 차압보다 최소 1.25배 이상 큰 차압 범위를 선택하는 것이 권장됩니다. 이는 공정 유량 변동 시 차압 센서가 포화(saturate)되는 것을 방지하기 위함입니다.  

 

2.3. 턴다운 비(Turndown Ratio, Rangeability)의 중요성

정의: 턴다운 비(TD) 또는 조정 가능 범위(Rangeability)는 트랜스미터의 상한 측정 범위(URL)를 최소 교정 가능 스팬(Minimum Calibrated Span)으로 나눈 값(TD = URL / Minimum Calibrated Span)으로 정의됩니다. 이는 트랜스미터가 전체 측정 범위 내에서 얼마나 작은 스팬으로 정확하게 교정될 수 있는지를 나타내는 유연성의 척도입니다. 예를 들어, URL이 100 bar이고 최소 스팬이 10 bar인 트랜스미터의 턴다운 비는 10:1입니다.  

 

선정 영향: 높은 턴다운 비는 하나의 트랜스미터 모델로 더 넓은 범위의 어플리케이션을 커버할 수 있게 해줍니다. 이는 특정 공정에 필요한 스팬(URV-LRV)을 URL보다 훨씬 작게 설정할 수 있음을 의미하며, 예비 부품 재고 관리 측면에서 유리할 수 있습니다.  

 

정확도 영향: 턴다운 비는 트랜스미터의 정확도에도 영향을 미칩니다. 데이터시트의 정확도 사양은 종종 특정 턴다운 비 범위 내에서 유효하거나, 높은 턴다운 비를 적용할 경우 추가적인 오차 항이 포함됩니다. 즉, 트랜스미터를 매우 높은 턴다운 비로 사용하면(URL에 비해 매우 작은 스팬으로 교정하면) 정확도가 저하될 수 있습니다.의 예시 계산을 보면, 턴다운 비가 증가할수록(스팬이 URL 대비 작아질수록) 스팬 대비 % 정확도 수치는 나빠지는 경향을 보입니다. 비록 해당 작은 스팬 내에서의 절대 오차(측정 단위 기준)는 줄어들 수 있지만, 백분율로 표시되는 정확도 사양 자체는 저하될 수 있습니다.  

 

따라서 높은 턴다운 비는 유연성을 제공하지만, 특정 측정 지점에서 최상의 정확도를 얻기 위해서는 요구되는 스팬이 트랜스미터의 URL에 가까운 모델(즉, 해당 어플리케이션에 대해 낮은 턴다운 비를 적용)을 선택하는 것이 일반적으로 더 유리합니다. 이는 턴다운 비와 관련된 오차 요소를 최소화하기 때문입니다. 결과적으로, 재고 관리의 용이성(높은 턴다운 비)과 특정 루프의 최적 정확도(낮은 적용 턴다운 비) 사이에는 잠재적인 상충 관계가 존재하며, 어플리케이션의 중요도와 요구 정확도에 따라 적절한 균형점을 찾아야 합니다.  

 

섹션 3: 성능 사양 평가

트랜스미터의 성능 사양은 측정의 신뢰성과 제어 시스템의 효과성에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 요구되는 성능 수준을 명확히 하고, 데이터시트의 사양을 정확히 이해하는 것이 중요합니다.

3.1. 정확도(Accuracy), 정밀도(Precision), 반복성(Repeatability) 설명

정확도(Accuracy): 측정값이 실제 참값(true value)에 얼마나 가까운지를 나타내는 지표입니다. 일반적으로 교정된 스팬(Span), 측정값(Reading), 또는 상한 측정 범위(URL)에 대한 백분율(±%)로 표현됩니다. 중요한 점은 데이터시트에 명시된 정확도는 대부분 이상적인 실험실 조건에서의 '기준 정확도(Reference Accuracy)'라는 것입니다. 실제 설치 환경에서는 여러 요인에 의해 정확도가 달라질 수 있습니다.  

 

정밀도(Precision) / 분해능(Resolution): 정밀도는 여러 번 측정했을 때 측정값들이 서로 얼마나 가깝게 분포하는지를 나타내는 척도(spread of readings)이며 , 분해능은 측정기가 감지하거나 표시할 수 있는 가장 작은 변화량을 의미합니다. 두 용어가 혼용되기도 하지만 , 정밀도는 측정값의 흩어짐 정도를, 분해능은 측정의 세밀함을 나타냅니다.  

 

반복성(Repeatability): 동일한 입력 조건 하에서 동일한 방향으로 측정을 반복했을 때, 측정기가 동일한 출력값을 얼마나 일관되게 나타내는지를 의미합니다. 높은 반복성은 높은 정확도를 달성하기 위한 필수 조건입니다.  

 

재현성(Reproducibility): 다른 작업자, 다른 장비, 다른 조건 하에서도 동일한 결과를 얻을 수 있는 정도를 의미합니다. 실제 현장에서는 반복성과 거의 동일한 의미로 사용되기도 합니다.  

 

관계: 정확도와 정밀도의 관계는 과녁 맞추기에 비유할 수 있습니다. 화살이 과녁 중앙(참값)에 가깝게 모여 있으면 정확하고 정밀한 것입니다. 화살이 중앙에서는 벗어났지만 서로 가깝게 모여 있다면 정밀하지만 부정확한 것입니다. 반대로 화살이 중앙 주변에 넓게 퍼져 있다면 부정확하고 정밀하지 못한 것입니다. 따라서 측정기는 정밀하지만 부정확할 수도 있고, 그 반대일 수도 있습니다.  

3.2. 응답 시간(Response Time) 이해 (데드 타임, 시정수) 및 중요성

정의: 응답 시간은 공정 변수의 입력 변화에 대해 트랜스미터 출력이 얼마나 빠르게 반응하는지를 나타내는 시간입니다. 종종 단계 입력 변화(step change)에 대해 최종 값의 63.2%에 도달하는 시간으로 정의됩니다. 이는 1차 시스템(first-order system)의 특성에서 유래한 표준적인 표현 방식입니다.  

 

구성 요소: 총 응답 시간(RTt)은 데드 타임(Dead Time, Td)과 시정수(Time Constant, Tc)의 합으로 구성됩니다 (RTt = Td + Tc). 

• 데드 타임(Td): 입력 변화 후 트랜스미터가 반응을 시작하기까지의 초기 지연 시간입니다.
• 시정수(Tc): 트랜스미터의 기계적 반응 시간(Mechanical Response Time, MRT)과 전자적 반응 시간(Electronic Response Time, ERT)의 합으로, 변화량의 63.2%에 도달하는 데 걸리는 시간입니다.  

중요성: 응답 시간은 특히 빠른 제어 루프(예: 압축기 서지 제어 , 유량 제어)에서 매우 중요합니다. 효과적인 제어를 위해서는 트랜스미터가 공정 변화보다 빠르게 응답해야 합니다. 응답이 느리면 제어 시스템이 불안정해지거나 중요한 공정 이상 상태를 감지하지 못할 수 있습니다.  

 

영향 요인: 응답 시간은 센서 설계(예: 다이어프램 강성, 충진유 부피), 측정 범위(일반적으로 낮은 압력 범위일수록 응답이 느림), 디지털 신호 처리(데드 타임 추가), 사용자가 설정 가능한 댐핑(damping) 값 등 여러 요인에 의해 영향을 받습니다.  

 

선택 시 고려사항: 무조건 빠른 응답 시간이 항상 좋은 것은 아닙니다. 빠른 제어 루프에는 필수적이지만, 노이즈가 많은 공정에서 지나치게 빠른 응답은 제어 출력의 불필요한 변동을 야기할 수 있습니다. 많은 트랜스미터는 댐핑 시간 상수를 조절하여 출력 신호를 안정화시키는 기능을 제공합니다. 따라서 가장 중요한 것은 특정 제어 루프의 동특성(dynamics)과 노이즈 특성에 맞춰 적절한 응답 시간(필요시 댐핑 조절 포함)을 가진 트랜스미터를 선택하는 것입니다.  

3.3. 데이터시트 정확도 사양 해석 (기준 정확도 vs. 총 성능)

기준 정확도(Reference Accuracy): 데이터시트의 가장 눈에 띄는 정확도 사양은 일반적으로 '기준 정확도'입니다. 이는 온도, 압력 등이 일정하게 제어되는 이상적인 실험실 조건에서 측정된 정확도로, 주로 선형성(linearity), 히스테리시스(hysteresis), 반복성(repeatability)만을 포함합니다. 이는 트랜스미터의 최상의 성능을 나타내지만, 실제 설치 환경에서의 성능을 대변하지는 못합니다.  

 

설치 정확도에 영향을 미치는 요인: 실제 현장에서는 다음과 같은 여러 요인들이 트랜스미터의 정확도를 저하시킵니다 :  

• 주변 온도 영향(Ambient Temperature Effect): 가장 큰 영향을 미치는 요인 중 하나입니다. 기준 온도에서 벗어날 때마다 영점(zero) 및 스팬(span) 오차가 발생하며, 이는 데이터시트에 보통 °C 또는 °F 당 오차율(%/°C 또는 %/°F)로 명시됩니다.  
• 정압 영향(Static Pressure Effect) (차압 트랜스미터의 경우): 라인 압력(정압)이 트랜스미터의 영점 및 스팬에 영향을 미칩니다. 특히 영점 이동(zero shift)이 주된 영향이며, 데이터시트에 압력 단위당 오차율(%/MPa 또는 %/psi)로 명시됩니다. 
• 장기 안정성(Long-Term Stability) / 드리프트(Drift): 시간이 지남에 따라 모든 측정기는 점진적으로 정확도가 저하됩니다. 이는 드리프트 또는 장기 안정성으로 표현되며, 보통 1년, 5년, 10년 단위의 오차율(%/year)로 명시됩니다.  
• 턴다운 / 재조정 영향(Turndown/Re-ranging Effect): 트랜스미터의 교정 스팬을 URL보다 훨씬 작게 설정(높은 턴다운 적용)하면 일반적으로 정확도가 저하됩니다. 데이터시트에는 특정 턴다운 비율에서의 정확도나 추가 오차 공식이 명시될 수 있습니다.  
• 기타 영향: 진동, 설치 위치(방향), 전원 공급 전압 변동 등도 정확도에 영향을 미칠 수 있으나, 일반적으로 위의 요인들보다는 영향이 작습니다.  

총 예상 오차(Total Probable Error, TPE) / 총 성능(Total Performance): 실제 설치 환경에서의 현실적인 정확도를 예측하기 위해 '총 예상 오차' 또는 '총 성능' 개념을 사용합니다. 이는 기준 정확도에 온도, 정압, 안정성 등 주요 환경 및 시간 요인의 영향을 통계적으로 조합하여 계산합니다. 일반적으로 제곱합의 제곱근(Root Sum Squared, RSS) 방법이 사용됩니다. TPE = ± √ ((기준 오차)² + (온도 오차)² + (정압 오차)² + (안정성 오차)² +...).  

 

데이터시트 해석 예시: 예를 들어, Fuji Electric FKC 차압 트랜스미터(0-320 mbar URL)를 0-100 mbar 스팬으로 사용하고, 주변 온도가 4~32°C (ΔT=28°C), 정압이 69 bar인 조건에서 TPE를 계산해 보겠습니다.  

• E1 (기준 정확도): ±0.04% of URL = ±0.0004 * 320 mbar = ±0.128 mbar
• E2 (주변 온도 영향): ±(0.095 + 0.0125 * URL/Span)% of URL = ±(0.095 + 0.0125 * 320/100)% of 320 mbar = ±0.135% of 320 mbar = ±0.432 mbar
• E3 (정압 영향): ±0.035% of URL per 69 bar = ±0.00035 * 320 mbar = ±0.112 mbar
• TPE = ± √((0.128)² + (0.432)² + (0.112)²) ≈ ±0.464 mbar
• 스팬 대비 TPE: (0.464 mbar / 100 mbar) * 100% ≈ ±0.464% of span

이 예시는 기준 정확도(±0.04% URL)에 비해 실제 설치 환경에서의 총 예상 오차(±0.464% span)가 훨씬 클 수 있음을 보여줍니다. 따라서 트랜스미터 선정 시에는 기준 정확도뿐만 아니라 예상되는 운전 조건 하에서의 총 성능을 반드시 고려해야 합니다.  

 

표 3.1: 트랜스미터 정확도 사양 구성 요소 요약

사  양	요소설명	일반적인 표현 방식
기준 정확도	이상적인 실험실 조건에서의 정확도 (선형성, 히스테리시스, 반복성 포함)	± % of Span / Reading / URL
주변 온도 영향	기준 온도에서 벗어났을 때 발생하는 영점 및 스팬 오차	± % / °C (or °F)
정압 영향 (DP 트랜스미터)	라인 압력(정압)이 차압 측정에 미치는 영향 (주로 영점 이동)	± % / 압력 단위 (MPa, psi)
장기 안정성 (드리프트)	시간이 지남에 따른 정확도 저하	± % / 기간 (년)
턴다운 / 재조정 영향	교정 스팬을 URL보다 작게 설정했을 때 발생하는 추가 오차	턴다운 비율별 정확도 명시
진동 영향	기계적 진동이 측정 정확도에 미치는 영향	± % (보통 작음)
전원 공급 영향	전원 전압 변동이 측정 정확도에 미치는 영향	± % / Volt (보통 매우 작음)

이 표는 데이터시트를 검토할 때 고려해야 할 주요 정확도 관련 요소들을 체계적으로 파악하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이를 통해 단순히 가장 좋은 기준 정확도 수치만을 비교하는 것이 아니라, 실제 적용 환경에서의 성능을 종합적으로 평가하여 최적의 트랜스미터를 선택할 수 있습니다.

 

섹션 4: 환경 및 설치 요인 평가

트랜스미터의 성능과 수명은 설치 환경 조건에 크게 영향을 받습니다. 따라서 설치 장소의 온도, 습도, 진동 수준과 같은 물리적 조건뿐만 아니라, 부식성 또는 폭발성 분위기 존재 여부 등을 면밀히 평가하고 이에 적합한 보호 등급을 갖춘 트랜스미터를 선택해야 합니다.

4.1. 운전 조건의 영향 (온도, 습도, 진동)

• 온도 (주변 및 공정): 주변 온도는 트랜스미터의 전자 부품 성능과 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 너무 높거나 낮은 온도는 정확도 저하(영점 및 스팬 이동)를 유발하고 부품 고장을 초래할 수 있습니다. 특히 고온 환경은 부품 노화를 가속화합니다. 공정 자체의 열이나 주변 배관/설비에서 방출되는 열도 고려해야 합니다. 가능하다면 트랜스미터를 실온에 가까운 환경에 설치하는 것이 좋습니다. 옥외 설치 시에는 직사광선이나 강풍에 의한 온도 변화 영향도 고려해야 합니다.  
   
• 습도: 높은 습도는 트랜스미터 하우징 내부로 수분이 침투하여 민감한 전자 부품을 부식시키거나 전기적 오류를 일으킬 수 있습니다. 특히 하우징 커버를 열고 작업할 때 습기 유입에 주의해야 합니다. 밀폐형(Hermetically sealed) 하우징은 습기에 대한 최상의 보호를 제공합니다.  
   
• 진동: 지속적이거나 과도한 진동은 트랜스미터의 기계적 부품 마모를 가속화하고 연결부의 접촉 불량을 유발하여 서비스 수명을 단축시키고 측정 정확도에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 진동이 적은 안정적인 위치에 트랜스미터를 설치하는 것이 권장됩니다.  

4.2. 외함 선정: IP 및 NEMA 등급

목적: 트랜스미터 외함(Enclosure)은 내부의 민감한 전자 부품 및 센서를 외부 환경 요인(먼지, 물, 충격 등)으로부터 보호하는 역할을 합니다. 적절한 보호 등급의 외함을 선택하는 것은 트랜스미터의 신뢰성과 수명을 보장하는 데 필수적입니다.  

 

IP 등급 (IEC 60529): 국제적으로 널리 사용되는 보호 등급 표준으로, IEC 60529에 정의되어 있습니다. IP 등급은 'IP' 다음에 오는 두 자리 숫자로 표시됩니다.  

• 첫 번째 숫자 (고체 보호): 0(보호 없음)부터 6(완전 방진)까지 있으며, 외부 고체 물질(먼지, 손가락, 공구 등)의 침투에 대한 보호 수준을 나타냅니다.  
• 두 번째 숫자 (액체 보호): 0(보호 없음)부터 9K(고압/고온 스팀 분사)까지 있으며, 물의 침투에 대한 보호 수준을 나타냅니다.

표 4.1: IP 등급 (IEC 60529) 요약   

첫 번째 숫자 (고체)	보호 수준	두 번째 숫자 (액체)	보호 수준
0	보호 없음	0	보호 없음
1	직경 50mm 초과 고체로부터 보호 (예: 손)	1	수직으로 떨어지는 물방울로부터 보호
2	직경 12.5mm 초과 고체로부터 보호 (예: 손가락)	2	수직에서 15° 각도로 떨어지는 물방울로부터 보호
3	직경 2.5mm 초과 고체로부터 보호 (예: 공구)	3	수직에서 60° 각도로 분무되는 물로부터 보호
4	직경 1mm 초과 고체로부터 보호 (예: 전선)	4	모든 방향에서의 물 튀김으로부터 보호
5	방진 (제한된 침투 허용)	5	모든 방향에서의 낮은 압력의 물 분사로부터 보호
6	완전 방진 (먼지 침투 없음)	6	모든 방향에서의 강한 압력의 물 분사(파도 등)로부터 보호
		7	일시적인 침수(최대 1m, 30분)로부터 보호
		8	장기간의 침수(제조사 지정 조건, 보통 1m 이상)로부터 보호
		9K	고온/고압의 스팀 분사 세척으로부터 보호 (ISO 20653)

NEMA 등급 (NEMA 250): 주로 북미 지역에서 사용되는 외함 보호 등급 표준입니다. NEMA 등급은 단순한 방진/방수뿐만 아니라 부식 저항성('X'로 표시), 결빙 조건에서의 작동 등 추가적인 환경 요인에 대한 보호 수준도 포함하는 경우가 많습니다.  

 

표 4.2: 주요 NEMA 외함 유형   

NEMA 등급	옥내/옥외	보호 기능
NEMA 1	옥내	위험 부품 접촉 방지, 낙하 분진 방지
NEMA 2	옥내	NEMA 1 + 가벼운 물방울/튀김 방지
NEMA 3R, 3RX	옥내/옥외	비, 진눈깨비, 눈, 흙먼지 방지; 결빙 방지 ('X'는 부식 저항성 추가)
NEMA 3, 3X	옥내/옥외	NEMA 3R/3RX + 방진 기능 강화 (바람에 날리는 먼지) ('X'는 부식 저항성 추가)
NEMA 3S, 3SX	옥내/옥외	NEMA 3 + 결빙 상태에서도 외부 장치 작동 가능 ('X'는 부식 저항성 추가)
NEMA 4, 4X	옥내/옥외	NEMA 3 + 물 침투 및 호스 분사 방수 ('X'는 부식 저항성 추가)
NEMA 6, 6P	옥내/옥외	NEMA 4 + 일시적(6) 또는 장기간(6P) 침수 방수 (지정된 깊이까지)
NEMA 7	옥내(위험)	방폭 (Explosion-proof)
NEMA 8	옥내/옥외(위험)	방폭 (Explosion-proof)
NEMA 9	옥내(위험)	분진 발화 방지 (Dust-ignition-proof)
NEMA 10	-	MSHA (미국 광산안전보건청) 기준 충족
NEMA 12, 12K	옥내	물방울/튀김 방지, 방청, 녹아웃 없음 (12K는 녹아웃 있음)
NEMA 13	옥내	NEMA 12 + 오일 및 냉각수 분무/누설 방지

NEMA와 IP 등급 비교: 두 시스템 간에 직접적인 일대일 변환은 불가능하지만, 대략적인 등가 관계는 존재합니다.  

 

 

표 4.3: NEMA 등급과 IP 등급의 대략적인 비교   

NEMA 등급	대략적인 IP 등급
1	IP10
2	IP11
3	IP54
3R	IP14
3S	IP54
4	IP66
4X	IP66
5	IP52
6	IP67
6P	IP67
12 / 12K	IP52
13	IP54

 

선정 지침: 트랜스미터가 설치될 구체적인 환경 조건을 평가하여 필요한 보호 수준을 결정해야 합니다. 옥내/옥외 여부, 먼지 농도, 물 분사 또는 침수 가능성, 부식성 물질 존재 여부 등을 고려하여 적절한 IP 또는 NEMA 등급을 선택해야 합니다. 

4.3. 위험 지역 고려사항 (ATEX, IECEx, Class/Division 시스템)

개요: 정유, 화학, 가스, 분진 발생 공정 등 인화성 가스, 증기, 분진이 존재하여 폭발 위험이 있는 장소(Hazardous Area)에서는 반드시 해당 지역의 위험 등급에 맞는 방폭 인증을 받은 트랜스미터를 사용해야 합니다. 잘못된 기기 선정은 심각한 사고로 이어질 수 있습니다.  

 

Zone 시스템 (IEC/ATEX): 국제 표준(IEC 60079 시리즈) 및 유럽(ATEX 지침)에서 주로 사용되는 분류 방식입니다. 위험 물질의 존재 빈도와 지속 시간을 기준으로 Zone을 분류합니다.  

• 가스/증기 Zone
  • Zone 0: 폭발성 분위기가 지속적으로 또는 장기간 존재하는 장소. 
  • Zone 1: 정상 작동 중 폭발성 분위기가 주기적으로 또는 간헐적으로 생성될 가능성이 있는 장소. 
  • Zone 2: 정상 작동 중 폭발성 분위기가 생성될 가능성이 낮거나, 생성되더라도 짧은 시간 동안만 지속되는 장소.  
• 분진 Zone
  • Zone 20: 폭발성 분진 분위기가 지속적으로 또는 장기간 존재하는 장소.
  • Zone 21: 정상 작동 중 폭발성 분진 분위기가 주기적으로 또는 간헐적으로 생성될 가능성이 있는 장소.
  • Zone 22: 정상 작동 중 폭발성 분진 분위기가 생성될 가능성이 낮거나, 생성되더라도 짧은 시간 동안만 지속되는 장소. 
• 장비 보호 수준 (EPL) / 카테고리: Zone 등급에 따라 요구되는 장비의 보호 수준이 다릅니다. IECEx는 EPL(Ga/Gb/Gc, Da/Db/Dc)로, ATEX는 카테고리(1, 2, 3)로 구분합니다. Zone 0/20은 가장 높은 보호 수준(EPL Ga/Da, Category 1)을 요구합니다.  

Class/Division 시스템 (NEC/CEC): 주로 북미(미국 NEC, 캐나다 CEC)에서 사용되는 분류 방식입니다. 위험 물질의 종류(Class)와 존재 가능성(Division)을 기준으로 분류합니다.  

• Class:
  • Class I: 인화성 가스 또는 증기 존재. 
  • Class II: 가연성 분진 존재.
  • Class III: 발화성 섬유 또는 비산물 존재. 
• Division:
  • Division 1: 정상 작동 조건에서 위험 물질 존재 가능성 높음 (지속적, 간헐적, 주기적). 
  • Division 2: 비정상 조건(고장 등)에서만 위험 물질 존재 가능성 낮음 (단기간 지속).
• Group: 특정 위험 물질의 종류를 세분화합니다.
  • Class I: Group A(아세틸렌), B(수소 등), C(에틸렌 등), D(프로판 등). 
  • Class II: Group E(금속 분진), F(석탄 분진 등), G(곡물 분진 등).

비교 및 주요 차이점: Zone 시스템은 위험 분위기의 존재 빈도와 지속 시간에 초점을 맞춰 더 세분화된 분류를 제공하는 반면, Class/Division 시스템은 위험 물질의 종류와 존재 가능성에 초점을 맞춰 더 단순하게 분류합니다. 대략적으로 Zone 0/1은 Division 1에, Zone 2는 Division 2에 해당한다고 볼 수 있습니다. 인증 방식에도 차이가 있는데, ATEX는 Zone 2(Category 3) 장비에 대해 제조업체 자가 선언을 허용하는 경우가 있지만, IECEx는 항상 공인 인증 기관의 인증을 요구합니다.  

 

표 4.4: 위험 지역 분류 시스템 비교   

구  분	Zone 시스템 (IEC/ATEX)	Class/Division 시스템 (북미)
분류 기준	위험 분위기 존재 빈도/지속 시간	위험 물질 종류 및 존재 가능성 (정상/비정상)
가스/증기	Zone 0 (지속/장기), Zone 1 (간헐적), Zone 2 (단기)	Class I, Division 1 (정상), Division 2 (비정상)
분진	Zone 20 (지속/장기), Zone 21 (간헐적), Zone 22 (단기)	Class II, Division 1 (정상), Division 2 (비정상)
섬유/비산물	(분진 Zone에 포함)	Class III, Division 1 (정상), Division 2 (비정상)
세분화 수준	높음 (Zone 0/1/2 구분)	낮음 (Division 1/2 구분)
인증 (저위험)	ATEX Zone 2 자가 선언 가능, IECEx는 항상 제3자 인증	Division 2는 상대적으로 덜 엄격한 인증 가능
지역	국제/유럽	북미
표시	CE 마크, Ex 기호, 카테고리/EPL (ATEX); IECEx 인증 마크	Class, Division, Group 표시

 

보호 방식: 위험 지역에서 사용되는 트랜스미터는 점화원이 되지 않도록 특수한 보호 방식을 적용합니다. 대표적인 방식으로는 본질안전(Intrinsic Safety, 'Ex i'), 내압방폭(Flameproof/Explosionproof, 'Ex d'), 안전증방폭(Increased Safety, 'Ex e'), 비점화방폭(Non-sparking, 'Ex n') 등이 있습니다. 각 보호 방식은 특정 Zone 또는 Division 등급에 적합하도록 설계됩니다.  

 

선정 지침: 트랜스미터 선정 시에는 설치 장소의 정확한 위험 지역 분류(Zone 또는 Class/Division/Group)를 확인하고, 해당 분류에 적합한 인증(ATEX, IECEx, FM, CSA 등)과 보호 방식을 갖춘 제품을 선택하는 것이 법적 요구사항이자 안전을 위한 필수 조건입니다.  

4.4. 설치 지침 (마운팅, 임펄스 라인)

마운팅: 트랜스미터는 진동이 적고 안정적인 위치에 단단히 고정해야 합니다. 설치 방향이 교정 시의 방향과 다를 경우, 설치 후 영점 조정(Position Zero Adjustment)이 필요할 수 있습니다. 이는 중력의 영향 등으로 인해 설치 방향에 따라 영점이 미세하게 변동될 수 있기 때문입니다.  

 

임펄스 라인 (차압 트랜스미터): 차압 트랜스미터의 경우, 공정 탭과 트랜스미터를 연결하는 임펄스 라인(도압 배관)의 올바른 설치는 정확한 측정을 위해 매우 중요합니다. 잘못된 설치는 측정 오차의 주요 원인이 됩니다.  

• 가스 측정: 트랜스미터를 공정 탭보다 위에 설치하고, 임펄스 라인이 공정 방향으로 아래로 기울어지도록 설치하여 라인 내 응축수가 공정 라인으로 흘러내려가도록 합니다.  
• 액체 측정: 트랜스미터를 공정 탭보다 아래에 설치하고, 임펄스 라인이 공정 방향으로 위로 기울어지도록 설치하여 라인 내 기포가 공정 라인으로 빠져나갈 수 있도록 합니다 (벤트 밸브 필요). 기포가 트랜스미터 인터페이스에 축적되는 것을 방지해야 합니다. 임펄스 라인을 파이프 하단 중앙에 연결하는 것은 피해야 합니다. 
• 스팀 측정: 응축수 포트(Condensate Pot)를 사용하고, 양쪽 임펄스 라인의 액체 수두(liquid leg) 높이를 동일하게 유지하며, 액체 수두의 온도를 일정하게 유지하는 것이 중요합니다.  
• 일반 지침:
  • 임펄스 라인은 가능한 짧고, 양쪽 라인의 길이를 동일하게 유지합니다. 
  • 라인의 굽힘(bend)을 최소화합니다.
  • 라인 내부에 가스(액체 측정 시)나 액체(가스 측정 시)가 고이지 않도록 적절한 기울기를 유지합니다.
  • 필요에 따라 동결 방지나 온도 안정을 위해 트레이스 히팅(trace heating) 또는 보온(insulation)을 고려합니다. 

이러한 설치 지침을 준수하면 환경적 요인과 설치 방식으로 인한 측정 오차를 최소화하고 트랜스미터의 안정적인 성능을 확보하는 데 도움이 됩니다.

 

섹션 5: 접액부 재질 선정

공정 유체와 직접 접촉하는 트랜스미터 부품, 즉 접액부(Wetted Parts)의 재질 선정은 트랜스미터의 수명과 측정 정확도에 결정적인 영향을 미칩니다. 공정 유체의 화학적 특성, 온도, 압력 등을 고려하여 내부식성이 우수한 적절한 재질을 선택해야 합니다.

5.1. 화학적 호환성 및 내부식성의 중요성

정의: "접액부"는 트랜스미터의 구성 요소 중 공정 유체와 직접 접촉하는 부분으로, 주로 압력 센서의 다이어프램(Diaphragm), 공정 연결부(Process Connection) 또는 플랜지(Flange), 그리고 개스킷(Gasket) 등이 해당됩니다.  

 

중요성: 공정 유체와의 화학적 호환성을 갖춘 재질을 선택하는 것은 매우 중요합니다. 부적절한 재질은 부식(Corrosion)을 유발하여 측정 정확도를 저하시키고, 심한 경우 누출이나 파손으로 이어져 안전 문제를 야기할 수 있습니다. 또한, 잦은 부식으로 인한 교체는 유지보수 비용을 증가시키고 장비의 전체 수명을 단축시킵니다.  

 

영향 요인: 재질과 공정 유체 간의 호환성은 여러 요인에 의해 영향을 받습니다 

• 유체의 화학적 조성: 주성분뿐만 아니라 미량의 불순물도 부식에 큰 영향을 줄 수 있습니다.
• 농도: 동일한 화학 물질이라도 농도에 따라 부식성이 달라질 수 있습니다.
• 온도: 일반적으로 온도가 높을수록 부식 속도가 빨라집니다.
• 압력: 고압 환경은 재질의 기계적 강도뿐만 아니라 부식 거동에도 영향을 줄 수 있습니다.
• 유속: 유속이 빠르면 침식(Erosion) 또는 침식-부식(Erosion-Corrosion)이 발생할 수 있습니다.
• 통기(Aeration): 용존 산소 등은 특정 금속의 부식을 촉진할 수 있습니다.
• 고체 입자 유무: 유체 내 고체 입자는 마모(Abrasion)나 침식을 유발할 수 있습니다.

자료 활용: 재질 선정을 위해 제조사에서 제공하는 화학적 호환성 차트(Chemical Compatibility Chart)나 재질 선정 가이드(Material Selection Guide)를 참조하는 것이 일반적입니다. Ashcroft의 온라인 재질 선정 도구와 같은 툴도 유용합니다. 그러나 이러한 자료는 일반적인 지침(guide)으로 활용해야 하며, 실제 공정의 구체적인 조건(온도, 농도, 불순물 등 모든 변수)을 종합적으로 고려하여 최종 재질을 선정해야 합니다. 최종 책임은 사용자에게 있습니다.  

 

표 5.1: 화학적 호환성 차트 활용법   

화학적 호환성 차트는 특정 화학 물질과 다양한 재질 간의 적합성을 평가하는 데 유용한 도구입니다. 일반적으로 차트의 세로축에는 화학 물질 이름이 알파벳순으로 나열되고, 가로축에는 다양한 재질 옵션(예: 316 SS, Hastelloy C, Monel, Tantalum, PTFE 등)이 표시됩니다.

• 사용법
  1. 차트의 세로축에서 해당 공정 유체(화학 물질)를 찾습니다.
  2. 가로축에서 고려 중인 접액부 재질을 찾습니다.
  3. 화학 물질과 재질이 교차하는 지점의 등급(Rating)을 확인합니다.
• 등급 해석 (예시)
  • A (Excellent): 우수. 재질이 화학 물질에 거의 또는 완전히 불활성이며 기계적 특성에 미미한 영향만 받음.
  • B (Good): 양호. 약간의 화학적 침식이 발생할 수 있으며, 사소한 부식이나 변색이 있을 수 있으나 기계적 특성에는 거의 영향 없음.
  • C (Fair): 보통. 재질이 부분적으로 침식되거나 화학 물질을 흡수하여 팽윤(swelling) 등이 발생할 수 있음. 부품 수명이 단축될 수 있으므로 다른 재질 사용 권장.
  • D (Poor): 나쁨. 재질이 화학 물질에 대한 저항성이 없어 즉각적이고 심각한 손상이 예상됨. 사용 부적합.
  • N/A (Unknown): 정보 없음. 해당 온도 및 농도에서 재질과 화학 물질 조합에 대한 기술 정보가 제한적이거나 없음. 사용 전 광범위한 테스트 및 평가 필요.
• 주의사항
  • 온도: 차트의 등급은 일반적으로 상온(약 21°C) 기준이며, 온도가 상승하면 호환성이 달라질 수 있습니다.
  • 농도: 특정 농도를 기준으로 하므로, 실제 공정 농도와 다를 경우 결과가 달라질 수 있습니다.
  • 화학 물질 조합 및 불순물: 차트는 단일 화학 물질과의 호환성을 나타내며, 여러 화학 물질이 혼합되거나 불순물이 포함된 경우 호환성이 달라질 수 있습니다.
  • 노출 시간 및 응력: 장기간 노출 또는 재질에 가해지는 응력(열적, 기계적)은 호환성에 영향을 줄 수 있습니다 (예: 응력 부식 균열).

따라서 화학적 호환성 차트는 재질 선정의 초기 가이드로 유용하지만, 최종 결정 전에는 반드시 실제 공정 조건을 반영한 테스트나 전문가와의 상담을 통해 검증하는 것이 중요합니다.

5.2. 일반적인 재질의 특성 (316L SS, Hastelloy C, Monel, Tantalum, PFA)

트랜스미터 접액부에는 다양한 재질이 사용되지만, 특히 내부식성이 요구되는 환경에서는 다음 재질들이 주로 고려됩니다.

• 316L 스테인리스강 (Stainless Steel)
  • 특성: 가장 표준적으로 사용되는 재질 중 하나로, 전반적으로 우수한 내부식성을 가집니다. 질산(저농도) 및 대부분의 염 용액에 대한 저항성이 좋습니다. L 등급은 용접성을 향상시킨 저탄소강입니다.  
  • 제한사항: 염소 이온(Chloride) 환경에서는 공식(Pitting), 틈새 부식(Crevice Corrosion), 응력 부식 균열(Stress Corrosion Cracking, SCC)에 취약할 수 있습니다. 황화수소(H2S) 환경에서는 NACE MR0175 규격 인증이 필요할 수 있습니다. 비산화성 산(염산, 황산 등)에는 저항성이 낮습니다.  
  • 용도: 일반적인 산업 공정, 식품 및 음료, 제약 등 광범위하게 사용됩니다. 
• 하스텔로이 C (Hastelloy C, 예: C276)
  • 특성: 니켈-크롬-몰리브덴 합금으로, 산화성 및 환원성 환경 모두에서 매우 뛰어난 내부식성을 보입니다. 특히 염소 이온 환경에서의 공식 및 틈새 부식에 대한 저항성이 우수하며, 알칼리, 유기산, 인산, 황산, 염산 등 다양한 화학 물질에 강합니다.  
  • 제한사항: 스테인리스강보다 가격이 비쌉니다. 수소 환경에서는 수소 취성(Hydrogen Embrittlement) 또는 수소 투과(Hydrogen Permeation) 가능성이 있습니다.  
  • 용도: 화학, 석유화학, 폐수 처리 등 부식성이 매우 강한 환경에 적합합니다.
• 모넬 (Monel, 예: 400)
  • 특성: 니켈-구리 합금으로, 환원성 환경 및 비산화성 산(불산, 황산, 인산 등)에 대한 저항성이 우수합니다. 해수(Seawater)에 대한 내부식성이 뛰어나 해양 환경에 적합합니다. 알칼리 용액에도 강합니다. 
  • 제한사항: 산화성 환경(예: 질산)이나 산화성 염에는 취약합니다. 수소 가스 환경에서는 수소 투과 문제로 다이어프램 재질로는 부적합할 수 있습니다. 하스텔로이 C보다는 내부식성 범위가 좁습니다. 
  • 용도: 해양 설비, 불산(HF) 공정, 알칼리 공정 등에 사용됩니다. 
• 탄탈럼 (Tantalum)
  • 특성: 매우 뛰어난 내부식성을 가지며, 대부분의 산(염산, 황산, 질산, 인산 등), 화학 용액, 유기 화합물에 대해 거의 불활성에 가깝습니다. 고온에서도 강도를 유지합니다.
  • 제한사항: 불산(HF), 강알칼리 용액, 고온의 산소/질소, 모든 온도의 수소 환경에서는 취성이 발생하거나 침식될 수 있습니다. 매우 고가이며 가공이 어렵습니다.
  • 용도: 극도로 부식성이 강한 화학 공정, 제약, 의료 분야 등 특수 용도에 제한적으로 사용됩니다.
• PFA (Teflon®) 코팅
  • 특성: 316L SS와 같은 금속 표면에 PFA(Perfluoroalkoxy)를 코팅한 형태로, 거의 모든 화학 물질에 대한 뛰어난 내부식성과 비점착성(anti-stick)을 제공합니다. 비교적 저렴한 비용으로 높은 내부식성을 확보할 수 있는 대안입니다.
  • 제한사항: 사용 온도에 제한이 있습니다(예: 200°C). 코팅 두께가 얇아 마모성 유체(고체 입자 포함)나 빠른 유속에 의해 코팅이 손상될 수 있으며, 손상 시 기저 금속의 부식이 빠르게 진행될 수 있습니다. 
  • 용도: 다이어프램 씰 등에 적용되어 부식성 유체로부터 기저 금속을 보호하는 데 사용됩니다. 

기타 재질: 티타늄(Titanium)은 특정 염소 화합물 및 해수에 강하며, 세라믹(Ceramic)은 내마모성과 화학적 안정성이 우수합니다. 개스킷이나 O-링에는 Viton®, EPDM, Kalrez® 등 다양한 탄성중합체(Elastomer)가 사용되며, 이들 역시 공정 유체 및 온도와의 호환성을 고려해야 합니다.  

 

표 5.2: 주요 접액부 재질 특성 비교   

재질	주요 특징	장점	단점	상대적 비용
316L SS	범용 내부식성, 양호한 기계적 강도	저렴한 비용, 광범위한 적용성, 양호한 가용성	염소 이온 환경(공식, 틈새, SCC 취약), 특정 강산/강알칼리 취약	낮음
Hastelloy C276	광범위한 내부식성 (산화성/환원성, 염소 이온), 고온 강도	매우 우수한 내부식성, 고온 적용 가능	고가, 수소 투과 가능성	높음
Monel 400	환원성 환경, 비산화성 산, 해수, 알칼리 저항성	해수 및 불산(HF) 환경에 우수	산화성 환경 취약, 수소 가스 다이어프램 부적합	중간 ~ 높음
Tantalum	거의 모든 화학 물질에 대한 최상의 내부식성, 고온 강도	극심한 부식 환경에 적용 가능	매우 고가, 특정 화학물질(HF, 강알칼리) 및 수소 취약, 가공 어려움	매우 높음
PFA 코팅	뛰어난 화학적 불활성, 비점착성	비용 효율적인 내부식성 확보	온도 제한, 코팅 손상 시 기저 금속 부식, 마모 환경 취약	중간 (기저 금속에 따라 다름)

이 비교표는 재질 선택 시 주요 고려 사항인 내부식성, 적용 환경, 비용 등을 종합적으로 판단하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

5.3. 부식 유형 이해

재질 선정 시 고려해야 할 부식은 단순히 표면이 녹스는 현상 외에도 다양한 형태로 나타납니다. 주요 부식 유형을 이해하는 것은 특정 공정 환경에서 발생 가능한 문제를 예측하고 가장 적합한 재질 및 보호 전략을 선택하는 데 중요합니다.

• 전면 부식 (General/Uniform Corrosion): 재질 표면 전체에 걸쳐 비교적 균일하게 부식이 진행되어 두께가 점차 감소하는 형태입니다. 부식 속도를 예측하기 용이하여 부식 여유(Corrosion Allowance)를 설계에 반영하여 관리할 수 있습니다.  
• 공식 (Pitting Corrosion): 염소 이온(Cl-) 등이 존재하는 환경에서 재질 표면의 보호 피막(passive film)이 국부적으로 파괴되어 작은 구멍(pit) 형태로 깊게 파고드는 부식입니다. 발견이 어렵고 빠르게 진행되어 예기치 않은 누설이나 파손을 유발할 수 있습니다.  
• 틈새 부식 (Crevice Corrosion): 플랜지 접합부, 개스킷 하부, 침전물 아래 등 좁은 틈새에서 발생하는 국부 부식입니다. 틈새 내부의 유체 조성이 외부와 달라지면서(예: 산소 고갈, 염소 이온 농축, pH 저하) 부식이 가속화됩니다. 공식보다 낮은 온도에서도 발생할 수 있습니다.  
• 응력 부식 균열 (Stress Corrosion Cracking, SCC): 인장 응력(residual stress 또는 applied stress)과 특정 부식 환경(예: 스테인리스강의 염소 이온 환경, 특정 합금강의 황화수소 환경 - SSC)이 동시에 존재할 때 발생하는 균열 형태의 파괴입니다. 균열이 빠르게 전파되어 예고 없이 갑작스러운 파손을 일으킬 수 있어 매우 위험합니다. 
• 갈바닉 부식 (Galvanic Corrosion): 서로 다른 두 금속이 전해질(electrolyte) 내에서 전기적으로 접촉할 때 발생하는 부식입니다. 전위차가 큰 금속 쌍일수록, 상대적으로 덜 귀한(less noble) 금속(양극, anode)이 우선적으로 부식됩니다.
• 수소 취성 / 수소 투과 (Hydrogen Embrittlement/Permeation): 수소 원자가 금속 격자 내로 침투하여 재질의 연성을 감소시키고 균열을 유발하는 현상입니다. 특히 고압 수소 환경이나 전기 도금 공정 등에서 문제가 될 수 있습니다. 모넬, 하스텔로이, 스테인리스강 다이어프램은 수소 투과에 취약하여 수소 가스 측정 시 주의가 필요하며 , 금 도금 등으로 투과를 줄일 수 있습니다.  

이러한 부식 유형에 대한 이해는 단순히 화학적 호환성 등급만 보는 것을 넘어, 예상되는 특정 부식 메커니즘에 가장 효과적으로 대응할 수 있는 재질을 선택하도록 돕습니다. 예를 들어, 전면 부식이 우려되는 경우 두께 여유를 고려할 수 있지만, 공식이나 SCC 위험이 높은 환경에서는 해당 부식에 본질적으로 강한 합금을 선택하는 것이 필수적입니다.

5.4. 다이어프램 씰 선정 기준

다이어프램 씰(Diaphragm Seal) 또는 케미컬 씰(Chemical Seal)은 트랜스미터 본체를 부식성, 고점도, 고온, 고형물 함유, 또는 위생(sanitary) 공정 유체로부터 격리시키면서 압력을 정확하게 전달하기 위해 사용되는 중요한 액세서리입니다.  

• 재질 선정: 다이어프램 씰의 접액부, 즉 다이어프램과 하부 하우징(lower housing)의 재질 선정은 앞서 논의된 화학적 호환성 원칙을 따릅니다. 공정 유체와의 접촉을 고려하여 316L SS, Hastelloy C, Monel, Tantalum, PTFE 등 적합한 내부식성 재질을 선택해야 합니다.  
• 충진유(Fill Fluid): 다이어프램과 트랜스미터 센서 사이의 공간을 채우는 충진유는 압력을 전달하는 매개체입니다. 충진유는 사용될 온도 범위에 적합해야 하며(너무 낮으면 점도가 높아지고, 너무 높으면 증발하거나 분해될 수 있음), 만일의 경우 다이어프램 파손 시 공정 유체와 혼합되어도 문제가 없는 화학적 호환성을 가져야 합니다. 실리콘 오일이 일반적으로 사용되지만, 식품, 제약 등 위생 공정에서는 FDA 승인을 받은 비독성 충진유를 사용해야 합니다. 
• 온도 영향: 다이어프램 씰, 특히 모세관(capillary)을 사용하여 트랜스미터를 원격 설치하는 경우, 충진유의 부피 팽창/수축으로 인해 온도 변화에 따른 측정 오차가 증가할 수 있습니다. 따라서 공정 온도 및 주변 온도 범위를 정확히 파악하여 사양 선정 시 고려해야 합니다.  
• 응답 시간: 다이어프램 씰과 모세관은 시스템의 전체 부피와 유체 점성을 증가시켜 트랜스미터의 응답 시간을 지연시킬 수 있습니다. 빠른 응답이 필요한 루프에서는 이 영향을 고려해야 합니다. 
• 다이어프램 크기: 특히 저압 측정용 트랜스미터의 경우, 다이어프램이 트랜스미터 센서를 구동하기에 충분한 부피 변위(displacement volume)를 제공할 수 있도록 적절한 크기의 다이어프램을 선택해야 합니다.  

결론적으로 다이어프램 씰은 트랜스미터를 보호하는 효과적인 수단이지만, 씰 자체의 재질, 충진유, 그리고 씰 부착으로 인한 온도 및 응답 시간 영향을 신중하게 고려하여 선정해야 합니다.

섹션 6: 출력 신호 및 통신 프로토콜 선택

트랜스미터가 측정한 공정 변수 값을 제어 시스템(PLC/DCS)으로 전달하는 방식은 매우 중요합니다. 전통적인 아날로그 신호부터 다양한 기능을 제공하는 디지털 통신 프로토콜까지, 어플리케이션의 요구사항과 제어 시스템의 아키텍처에 맞는 최적의 방식을 선택해야 합니다.

6.1. 전통적인 아날로그 신호 (4-20mA)

• 원리: 4-20mA 전류 루프는 가장 널리 사용되는 아날로그 신호 전송 표준입니다. 트랜스미터는 측정된 공정 변수 값에 비례하여 4mA에서 20mA 사이의 전류를 출력합니다. 여기서 4mA는 측정 범위의 0%를 나타내는 '라이브 제로(live zero)'이며, 20mA는 100%를 나타냅니다. 라이브 제로 덕분에 루프가 끊어지거나(0mA) 트랜스미터에 문제가 발생했을 때 이를 감지할 수 있습니다.  
•  
• 장점
  • 견고성 및 노이즈 내성: 전압 신호에 비해 전기적 노이즈에 대한 내성이 우수합니다. 
  • 장거리 전송: 전선 저항의 영향을 받지 않아 장거리 전송에 유리합니다 (단, 루프 전원 공급 전압 한계 내에서). 
  • 단순성: 배선 및 구성이 비교적 간단하고, 널리 이해되고 사용되는 기술입니다.
  • 비용 효율성: 기본적인 제어 어플리케이션에 비용 효율적인 솔루션입니다.
• 한계점
  • 단일 변수 전송: 하나의 전류 루프로는 오직 하나의 공정 변수 값만 전송할 수 있습니다.
  • 제한된 정보: 장비 상태나 진단 정보 등 추가적인 데이터를 전송하기 어렵습니다. 
  • 배선: 각 트랜스미터마다 별도의 배선(wire pair)이 필요하여 배선 비용과 복잡성이 증가할 수 있습니다. 
  • 접지 루프: 배선 시 접지 처리를 잘못하면 접지 루프(ground loop)가 형성되어 노이즈가 유입될 수 있습니다.  
     

6.2. HART 통신 프로토콜

• 원리: HART(Highway Addressable Remote Transducer) 프로토콜은 기존의 4-20mA 아날로그 신호 배선 위에 저수준의 디지털 FSK(Frequency Shift Keying) 신호를 중첩시켜 양방향 통신을 구현하는 기술입니다. Bell 202 표준에 기반하며, 1200Hz(1)와 2200Hz(0)의 두 주파수를 사용하여 디지털 데이터를 전송합니다.  
   
• 특징
  • 양방향 통신: 아날로그 신호 전송과 동시에 디지털 데이터(추가 공정 변수, 장비 상태, 진단 정보, 설정 파라미터 등)를 주고받을 수 있습니다. HART 7 버전 기준으로 최대 8개의 변수 전송이 가능합니다.
  • 4-20mA 신호 유지: 디지털 통신이 4-20mA 아날로그 신호를 방해하지 않으므로, 기존의 제어 시스템과 호환성을 유지하면서 추가 정보를 활용할 수 있습니다.  
     
• 통신 모드
  • Point-to-Point: 가장 일반적인 방식으로, 하나의 트랜스미터와 호스트 시스템(PLC/DCS 또는 핸드헬드 설정기)이 1:1로 연결됩니다. 4-20mA 신호는 주 공정 변수(PV)를 전달하고, 디지털 신호로 추가 정보가 전송됩니다.
  • Multidrop: 하나의 배선 루프에 여러 대(버전에 따라 최대 16대 또는 64대)의 HART 장치를 병렬로 연결하는 방식입니다. 이 모드에서는 모든 장치의 아날로그 출력은 4mA로 고정되며, 통신은 오직 디지털 방식으로만 이루어집니다. 각 장치는 고유한 주소(address)를 가집니다.  
• 명령 구조: HART는 요청-응답(request-reply) 방식의 마스터-슬레이브(Master-Slave) 프로토콜입니다. 호스트(마스터)가 명령을 보내면 필드 장치(슬레이브)가 응답합니다. 명령은 세 가지 클래스로 구분됩니다 :
  • Universal Commands: 모든 HART 장치가 지원해야 하는 기본 명령 (예: PV 읽기, 태그 읽기/쓰기).
  • Common Practice Commands: 많은 장치가 지원하지만 필수는 아닌 공통 기능 명령 (예: 범위 변경, 자가 진단).
  • Device Specific Commands: 특정 장치 고유의 기능(설정, 교정 등)에 접근하기 위한 명령. 장치 기술서(Device Description, DD) 파일을 통해 호스트 시스템이 이 명령들을 이해하고 사용할 수 있습니다.
    
• 장점:
  • 기존 배선 활용: 4-20mA 인프라를 그대로 사용하므로 업그레이드가 용이하고 비용 효율적입니다.
  • 원격 접근성: 현장에 가지 않고도 원격으로 장치 설정, 교정, 진단이 가능하여 유지보수 효율성을 높입니다. 
  • 자산 관리 향상: 장치 상태 및 진단 정보를 활용하여 예방/예측 정비가 가능해집니다.  
• 한계점:
  • 느린 통신 속도: 디지털 통신 속도가 1200 bps로 매우 느려 실시간 제어에는 한계가 있습니다. 
  • 제한된 데이터 처리량: Fieldbus에 비해 전송할 수 있는 데이터 양이 적습니다.
  • 2차 변수 접근: 추가 변수나 진단 정보를 활용하려면 HART를 지원하는 I/O 카드나 멀티플렉서(Multiplexer), HART 스플리터 등이 필요할 수 있습니다. 
  • 진단 정보 해석: 진단 메시지가 암호화되어 있거나 호스트 시스템에서 제대로 해석하지 못하는 경우가 있습니다.  
     

6.3. 디지털 필드버스 기술 (FOUNDATION Fieldbus, Profibus PA)

개념: 필드버스(Fieldbus)는 여러 필드 장치(트랜스미터, 밸브 포지셔너 등)와 제어 시스템을 단일 디지털 통신 네트워크(버스)로 연결하는 기술입니다. 이는 배선 감소, 양방향 통신, 풍부한 데이터 전송, 분산 제어 등의 장점을 제공합니다. 공정 자동화 분야에서는 주로 FOUNDATION Fieldbus(FF)와 Profibus PA가 사용됩니다.  

 

FOUNDATION Fieldbus (FF)

• 아키텍처: FF는 H1과 HSE 두 가지 네트워크 레벨로 구성됩니다.
  • H1: 필드 레벨 네트워크로, 31.25 kbit/s 속도의 연선(twisted pair) 케이블을 사용합니다. 케이블을 통해 장치에 전원을 공급할 수 있으며, 본질안전(Intrinsic Safety) 환경에 적용 가능합니다. 최대 32개의 장치를 연결할 수 있습니다. 
  • HSE (High-Speed Ethernet): 100/1000 Mbit/s 속도의 이더넷 기반 네트워크로, H1 세그먼트들을 연결하거나 상위 제어 시스템(DCS, PLC)과의 인터페이스 역할을 하는 백본(backbone) 네트워크입니다.  
    
  특징
  • Function Blocks: 표준화된 기능 블록(예: AI, AO, PID)을 사용하여 장치 내에서 또는 장치 간에 제어 로직을 분산 실행할 수 있습니다(Control-in-the-Field, CIF). 
  • Device Descriptions (DDs/EDDL): 장치 기술 언어(EDDL)를 사용하여 장치의 기능과 파라미터를 기술하며, 이를 통해 호스트 시스템과의 상호운용성을 확보합니다.  
  • Link Active Scheduler (LAS): H1 네트워크에서 통신 스케줄을 관리하여 결정론적(deterministic)이고 동기화된 데이터 전송을 보장합니다.  
  • Publisher/Subscriber 모델: 한 장치(Publisher)가 데이터를 버스에 게시하면, 필요한 다른 장치들(Subscribers)이 해당 데이터를 사용하는 효율적인 통신 방식입니다. 
  • 광범위한 진단: 장치 및 네트워크 상태에 대한 풍부한 진단 정보를 제공합니다. 
     
• 장점: 배선 대폭 감소, 현장 제어(CIF)를 통한 신뢰성 및 성능 향상, 장치 간 상호운용성(FieldComm Group 등록 장치), 풍부한 진단 기능, 자산 관리 시스템과의 통합 용이성.  
   
• 한계점: HART나 4-20mA에 비해 설계, 설정, 문제 해결의 복잡성이 높으며, 관련 전문 지식이 요구됩니다. 초기 장치 비용이 더 높을 수 있으며, H1의 통신 속도는 이더넷 기반 네트워크보다 느립니다.  
   

Profibus PA

• 아키텍처: Profibus 제품군의 공정 자동화(Process Automation) 버전입니다. Profibus DP(Distributed Periphery)와 동일한 통신 프로토콜을 사용하지만, 물리 계층으로 FF H1과 동일한 MBP(Manchester Bus Powered) 방식을 사용합니다. MBP는 31.25 kbit/s 속도를 가지며, 버스를 통해 장치에 전원을 공급하고 본질안전 적용이 가능합니다. Profibus PA 세그먼트는 일반적으로 더 빠른 속도의 RS-485 기반 Profibus DP 네트워크에 세그먼트 커플러(Segment Coupler) 또는 링킹 디바이스(Linking Device)를 통해 연결됩니다.  
   
• 특징
  • 마스터/슬레이브 통신: 중앙 컨트롤러(마스터)가 필드 장치(슬레이브)를 폴링(polling)하여 주기적으로 데이터를 교환하는 방식입니다.  
  • GSD 파일: 각 장치의 특성을 정의하는 GSD(General Station Description) 파일을 사용하여 네트워크 구성 및 통합을 수행합니다.  
  • EDDL/FDT/DTM: 장치 설정 및 관리를 위해 EDDL 또는 FDT/DTM 기술을 사용합니다.
• 장점: 유럽을 중심으로 매우 널리 보급되어 있으며, 다양한 제조사의 장치를 지원합니다. 우수한 진단 기능을 제공하며, 위험 지역 적용에 적합합니다. Profibus DP 시스템과의 통합이 용이합니다.  
   
• 한계점: 제어 로직은 일반적으로 중앙 컨트롤러(PLC/DCS)에서 수행됩니다(CIF 기능 제한적). FF H1에 비해 통신의 결정론성이 낮을 수 있으며(특히 DP와 연결 시), 각 장치에 고유한 물리적 주소를 설정해야 합니다.  
   

기타 필드버스: Modbus (RTU/TCP), DeviceNet, PROFINET, EtherNet/IP 등 다양한 필드버스 및 산업용 이더넷 프로토콜이 존재합니다. 이들은 주로 공장 자동화(Discrete Automation) 분야에서 많이 사용되지만, 공정 자동화 분야에서도 특정 어플리케이션이나 시스템 통합을 위해 활용되기도 합니다. 예를 들어, PROFINET은 Profibus의 이더넷 기반 후속 기술이며 , EtherNet/IP는 ODVA에서 관리하는 산업용 이더넷 프로토콜입니다.  

 

6.4. 통신 옵션 비교

표 6.1: 트랜스미터 통신 프로토콜 비교   

특징	4-20mA	HART (Point-to-Point)	FOUNDATION Fieldbus H1	Profibus PA
배선	Point-to-Point	Point-to-Point (기존 4-20mA 배선 활용)	Multi-drop (버스 형태)	Multi-drop (버스 형태)
데이터 용량	단일 변수	다중 변수 (최대 8개)	다중 변수, 상태, 진단	다중 변수, 상태, 진단
진단 기능	제한적 (Loop Check)	기본적 (장치 상태, 일부 진단)	광범위함 (장치, 네트워크, 공정 진단)	우수함 (장치, 네트워크 진단)
통신 속도	아날로그 (거의 즉시)	1200 bps (디지털)	31.25 kbps	31.25 kbps
버스 전원 공급	불가	불가	가능 (IS 가능)	가능 (IS 가능)
본질 안전 (IS)	가능 (배리어 필요)	가능 (배리어 필요)	가능 (전원 컨디셔너/배리어 필요)	가능 (전원 컨디셔너/배리어 필요)
제어 위치	호스트 (PLC/DCS)	호스트 (PLC/DCS)	필드 (CIF 가능) / 호스트	호스트 (PLC/DCS)
결정론성	해당 없음	낮음 (디지털)	높음 (스케줄링 기반)	중간 (마스터/슬레이브)
복잡성	낮음	낮음 ~ 중간	높음	중간 ~ 높음
주요 적용 분야	기본 제어, 모니터링	기존 설비 업그레이드, 자산 관리	고급 공정 제어, 분산 제어, 자산 관리	공정 자동화, DP 시스템 통합

이 표는 각 통신 방식의 주요 특징과 장단점을 요약하여 보여줍니다. 선택 시에는 어플리케이션의 제어 요구사항, 필요한 데이터의 양과 종류, 설치 환경(위험 지역 여부), 기존 시스템과의 통합성, 엔지니어링 및 유지보수 복잡성, 비용 등을 종합적으로 고려해야 합니다.

6.5. PLC/DCS 시스템과의 통합

선택한 통신 프로토콜은 제어 시스템인 PLC(Programmable Logic Controller) 또는 DCS(Distributed Control System)와의 통합 방식에 직접적인 영향을 미칩니다.

• 인터페이스 요구사항: 각 프로토콜은 PLC/DCS 측에 상응하는 하드웨어 인터페이스를 요구합니다.
  • 4-20mA: 아날로그 입력(AI) 카드가 필요합니다.
  • HART: HART를 지원하는 AI 카드 또는 HART 멀티플렉서가 필요합니다. 이를 통해 4-20mA 신호와 HART 디지털 데이터를 동시에 처리할 수 있습니다.
  • FOUNDATION Fieldbus: FF H1 인터페이스 카드 또는 HSE(필요시) 인터페이스 카드가 필요합니다.
  • Profibus PA: Profibus PA 마스터 카드 또는 Profibus DP 마스터 카드와 PA 세그먼트 커플러/링커가 필요합니다.
    
• 데이터 접근: 제어 시스템은 인터페이스를 통해 트랜스미터로부터 공정 변수(PV), 상태 정보, 진단 데이터 등을 수신합니다. 디지털 프로토콜(HART, FF, Profibus PA)을 사용하면 4-20mA 아날로그 신호만 사용하는 것보다 훨씬 풍부한 정보를 얻을 수 있습니다. 이 데이터는 제어 로직 수행, HMI(Human-Machine Interface) 표시, 경보 처리뿐만 아니라, 상위 레벨의 자산 관리 시스템(Asset Management System, AMS)으로 전달되어 예방/예측 정비 및 장비 수명 주기 관리에 활용될 수 있습니다.  
   
• 설정 도구: 디지털 네트워크에 연결된 트랜스미터의 설정, 교정, 진단 등을 수행하기 위해서는 해당 프로토콜과 장치를 지원하는 별도의 소프트웨어 도구가 필요합니다. DD(Device Description), EDDL(Electronic Device Description Language), FDT(Field Device Tool)/DTM(Device Type Manager) 기술 기반의 도구들이 사용됩니다.  

결론적으로, 트랜스미터의 통신 프로토콜 선택은 단순히 개별 장치의 사양 문제가 아니라, 전체 제어 및 유지보수 시스템 아키텍처에 영향을 미치는 중요한 결정입니다. 필요한 하드웨어, 소프트웨어, 엔지니어링 노력, 그리고 궁극적으로 활용 가능한 데이터의 양과 질에 큰 차이를 가져옵니다. 따라서 초기 설계 단계에서부터 제어 시스템과의 통합 전략, 데이터 활용 계획, 유지보수 방안 등을 종합적으로 고려하여 프로토콜을 선택해야 합니다.  

 

섹션 7: 전원 공급 및 배선 고려사항

트랜스미터에 안정적인 전원을 공급하고 올바르게 배선하는 것은 정확하고 신뢰성 있는 측정을 위한 기본 전제 조건입니다. 전원 공급 방식(루프 전원 또는 외부 전원)과 배선 구성(2선식 또는 4선식)은 설치 비용, 기능 구현, 노이즈 내성 등에 영향을 미치므로 신중하게 고려해야 합니다.

7.1. 루프 전원 방식 vs. 외부 전원 방식 트랜스미터

• 루프 전원 방식 (Loop-Powered, 2선식): 이 방식의 트랜스미터는 신호 전송에 사용되는 4-20mA 전류 루프로부터 직접 작동 전원을 공급받습니다. 즉, 전원 공급과 신호 전송이 단 두 가닥의 전선으로 이루어집니다. 이를 위해 트랜스미터 자체의 소비 전류는 루프의 최소 신호 전류인 4mA 미만이어야 합니다.  
   
• 외부 전원 방식 (Externally Powered, 4선식 또는 3선식): 이 방식의 트랜스미터는 4-20mA 신호 루프와는 별도의 전원 공급 장치(AC 또는 DC)를 필요로 합니다.
  • 4선식(4-Wire): 전원 공급용 2선과 신호 출력용 2선, 총 4가닥의 전선이 사용됩니다. 전원 회로와 신호 회로가 분리되어 있습니다.
  • 3선식(3-Wire): 전원 공급용 2선과 신호 출력용 1선으로 구성되며, 전원 공통선(common)과 신호 공통선이 공유됩니다.  
    
• 장단점
  • 루프 전원 방식: 배선이 간단하고 설치 비용이 저렴하며, 본질안전(Intrinsically Safe) 방폭 구조 구현이 용이합니다. 하지만 공급받는 전력이 제한적이므로 복잡한 연산 기능, 밝은 디스플레이, 릴레이 출력 등 높은 전력을 소모하는 기능을 구현하기 어렵습니다.  
  • 외부 전원 방식: 충분한 전력을 공급받을 수 있어 고성능 센서(예: 질량 유량계, 분석계)나 다양한 부가 기능(릴레이 출력, 강력한 통신 기능 등)을 탑재하기 용이합니다. 그러나 별도의 전원 배선이 필요하여 설치 비용이 증가하고, 4선식의 경우 배선이 더 복잡해질 수 있습니다. 위험 지역 적용 시 방폭 구조 선택에 제한이 있을 수 있습니다(종종 내압방폭 'Ex d' 필요).  
     

7.2. 2선식 vs. 4선식 구성

배선

• 2선식 (루프 전원): 전원 공급 장치, 트랜스미터, 수신 장치(PLC/DCS 아날로그 입력)가 직렬로 연결됩니다. 단 두 가닥의 전선만 필요합니다.  

4선식 (외부 전원): 트랜스미터에 별도의 전원(AC 또는 DC)을 공급하는 2선과, 트랜스미터의 4-20mA 출력을 수신 장치로 연결하는 2선이 필요합니다.  

 

표 7.1: 2선식 vs. 4선식 트랜스미터 비교   

특징	2선식 (루프 전원)	4선식 (외부 전원)
전원 공급	4-20mA 루프 자체	별도 외부 전원 (AC 또는 DC)
배선	2선 (전원/신호 공용)	4선 (전원 2선 + 신호 2선)
설치 비용	낮음 (배선 단순)	높음 (추가 전원 배선 필요)
구현 가능 기능	제한적 (저전력 소모 필요)	다양함 (릴레이, 디스플레이, 통신 등)
위험 지역 적용	본질안전(IS) 용이	제한적 (종종 Ex d 필요)
신호 절연	일반적으로 없음 (루프 공유)	전원/신호 간 절연 용이
루프 전압 강하	고려 필수	신호 루프에는 영향 없음

선택 가이드: 측정 대상, 필요한 기능, 설치 환경(위험 지역 여부), 배선 비용, 제어 시스템의 I/O 타입 등을 종합적으로 고려하여 2선식 또는 4선식(외부 전원) 트랜스미터를 선택해야 합니다. 단순한 측정 및 모니터링에는 2선식이 경제적이고 효율적일 수 있으며, 복잡한 기능이나 고전력 센서가 필요한 경우 4선식이 적합합니다.

 

7.3. 전원 공급 요구사항 계산 (4-20mA 루프)

2선식 루프 전원 트랜스미터를 사용하는 경우, 루프에 연결된 모든 장치들이 정상적으로 작동하기에 충분한 전압을 공급하는 것이 매우 중요합니다. 전압이 부족하면 특히 신호 범위의 상한(20mA)에서 루프 전류가 제대로 형성되지 않아 측정 오류가 발생할 수 있습니다.  

 

• 옴의 법칙 및 키르히호프 법칙: 계산의 기본 원리는 옴의 법칙(V=IR)과 키르히호프의 전압 법칙(루프 내 전압 강하의 합은 공급 전압과 같다)입니다.  
   
• 전압 강하 요소: 4-20mA 루프 내에서 전압 강하를 일으키는 주요 요소는 다음과 같습니다 :
  • 트랜스미터 최소 작동 전압 (V_transmitter_min): 트랜스미터가 정상적으로 작동하기 위해 필요한 최소 전압 (데이터시트의 Compliance Voltage 또는 Minimum Supply Voltage 확인).
  • 수신 장치 부하 저항 (R_load): PLC 아날로그 입력 카드 등 수신 장치 내부 또는 외부에 연결된 부하 저항(보통 250Ω 또는 500Ω)에서의 전압 강하 (V_load = I_loop * R_load).
  • 배선 저항 (R_wire): 루프 배선 자체의 저항으로 인한 전압 강하 (V_wire = I_loop * R_wire).
    
• 최소 공급 전압 계산: 루프가 최대 전류(20mA = 0.02A)를 흘릴 때를 기준으로 필요한 최소 공급 전압(V_supply_min)을 계산해야 합니다. V_supply_min = V_transmitter_min + (0.02A * R_load) + (0.02A * R_wire_max)  
   
• 최대 부하 저항 계산: 사용 가능한 공급 전압(V_supply)과 트랜스미터 최소 작동 전압(V_transmitter_min)을 알 때, 루프에 허용되는 최대 부하 저항(R_load_max, 배선 저항 포함)은 다음과 같이 계산할 수 있습니다 : R_load_max = (V_supply - V_transmitter_min) / 0.02A  
   
• 배선 저항 고려: 배선 저항(R_wire)은 사용하는 전선의 종류(AWG), 총 루프 길이(왕복 거리), 그리고 온도를 고려하여 계산해야 합니다. 특히 온도가 상승하면 구리선의 저항이 증가하므로, 예상되는 최고 온도 조건에서의 저항값(R_wire_max)을 사용하여 계산하는 것이 안전합니다.  

계산 예시   

• 조건: 2선식 트랜스미터 (V_transmitter_min = 12V), PLC 입력 부하 저항 (R_load = 250Ω), 배선 총 길이 500m (왕복 1000m), 22AWG 연선 사용 (20°C에서 16.5Ω/1000ft ≈ 54.1Ω/km), 최대 예상 온도 50°C (구리 온도 계수 ≈ 0.00393/°C).
• 배선 저항 계산:
  • R_wire (20°C) = 54.1 Ω/km * 1 km = 54.1 Ω
  • 온도 변화 (ΔT) = 50°C - 20°C = 30°C
  • R_wire_max (50°C) = R_wire(20°C) * (1 + 0.00393 * ΔT) = 54.1 * (1 + 0.00393 * 30) ≈ 60.5 Ω
• 최소 공급 전압 계산:
  • V_supply_min = V_transmitter_min + (0.02A * R_load) + (0.02A * R_wire_max)
  • V_supply_min = 12V + (0.02A * 250Ω) + (0.02A * 60.5Ω)
  • V_supply_min = 12V + 5V + 1.21V = 18.21V
• 결론: 이 루프에는 최소 18.21V 이상의 전압을 공급해야 합니다. 따라서 일반적인 24V DC 전원 공급 장치를 사용하면 충분한 여유를 확보할 수 있습니다.

이처럼 루프 내 모든 구성 요소의 전압 강하를 고려하여 전원 공급 요구사항을 정확히 계산하는 것은, 특히 장거리 배선이나 다수의 수신 장치가 직렬로 연결된 경우, 4-20mA 루프의 안정적이고 정확한 작동을 보장하기 위해 필수적입니다.

 

7.4. 배선, 차폐, 접지 모범 사례

계측 신호 배선의 올바른 차폐(Shielding) 및 접지(Grounding)는 외부 전기적 노이즈의 영향을 최소화하여 신호의 무결성을 확보하는 데 매우 중요합니다.

• 케이블 유형: 아날로그 신호(4-20mA, HART) 전송에는 연선(Twisted Pair) 구조의 차폐 케이블(Shielded Cable)을 사용하는 것이 권장됩니다. 연선 구조는 자기장(inductive) 노이즈 상쇄에 효과적이며, 차폐는 전기장(capacitive) 노이즈를 차단하는 데 도움을 줍니다.  
   
• 차폐 접지
  • 목적: 케이블 차폐(Shield)의 주 목적은 외부 전기장 노이즈가 신호선에 유기되는 것을 방지하는 것입니다.
  • 단일점 접지 (One End Only): 가장 일반적이고 권장되는 방법은 차폐선을 루프의 한쪽 끝에서만 접지하는 것입니다. 일반적으로 신호 수신측(PLC/DCS 캐비닛)의 계측 접지(Instrument Ground) 단자에 연결합니다. 트랜스미터 쪽의 차폐선 끝은 절연 처리하여 접지되지 않도록(floating) 합니다. 이는 서로 다른 지점의 접지 전위차로 인해 차폐선에 전류가 흘러 노이즈를 유발하는 접지 루프(Ground Loop)를 방지하기 위함입니다. 
  • 예외: 고주파 노이즈 환경에서는 양단 접지나 360도 접지가 더 효과적일 수 있다는 주장도 있으나 , 일반적인 산업 계측 루프에서는 단일점 접지가 표준적인 접근 방식입니다.  
• 케이블 외장(Armor) 접지: 케이블 외장은 주로 물리적 보호 및 낙뢰 보호를 위해 사용되며, 일반적으로 양쪽 끝에서 안전 접지(Safety Ground/Protective Earth)에 연결합니다.  
   
• 접지 시스템: 안전 접지(설비 보호 및 인체 감전 방지용)와 계측 접지(신호 기준점, 노이즈 저감용)는 분리하여 구성하는 것이 좋습니다. 차폐선은 계측 접지에 연결해야 합니다.  
   
• 배선 경로: 신호 케이블은 전력 케이블, 모터, 변압기 등 노이즈 발생원으로부터 최대한 멀리 이격하여 포설해야 합니다. 부득이하게 교차해야 할 경우, 90도 각도로 교차시켜 유도성 노이즈 결합을 최소화합니다.  
   
• 연결: 모든 연결 지점(터미널 블록 등)은 견고하고 낮은 저항값을 갖도록 확실하게 체결해야 합니다. 중간 접속함(Junction Box)을 통과할 때 차폐선의 연속성이 끊어지지 않도록 주의해야 합니다.  
   
• 표준 준수: ISA(International Society of Automation) 권장 사항이나 해당 시설의 배선 규정 및 표준을 준수해야 합니다.  

이러한 모범 사례를 따르면 외부 노이즈의 영향을 최소화하고 안정적인 신호 전송을 보장하여 계측 및 제어 시스템의 신뢰도를 높일 수 있습니다.

섹션 8: 수명 주기 및 경제적 고려사항

트랜스미터 선정 시 기술적 사양 외에도 장비의 전체 수명 주기에 걸친 운영 및 경제적 측면을 고려하는 것이 중요합니다. 여기에는 신뢰할 수 있는 제조사 선택, 효과적인 교정 및 유지보수 전략 수립, 그리고 총 소유 비용(TCO) 평가가 포함됩니다.

8.1. 주요 트랜스미터 제조사 개요

시장 선도 기업: 전 세계적으로 공정 자동화 및 트랜스미터 시장에는 다수의 주요 제조사들이 경쟁하고 있습니다. 시장 보고서나 업계 동향에서 자주 언급되는 대표적인 글로벌 기업들은 다음과 같습니다 (알파벳 순) :  

• ABB
• Emerson (Rosemount 포함)
• Endress+Hauser
• Fuji Electric
• Honeywell
• Schneider Electric
• Siemens
• Yokogawa

이 외에도 특정 지역이나 어플리케이션 분야에서 강점을 가진 다수의 제조사들이 존재합니다. 제공된 자료 는 포괄적인 시장 점유율 보고서는 아니지만, 이들 기업이 주요 플레이어임을 시사합니다.  

 

선정 고려사항: 특정 제조사를 선택할 때는 단순히 기술 사양이나 가격뿐만 아니라 다음과 같은 요소를 종합적으로 고려하는 것이 좋습니다:

• 기술 지원 및 서비스: 문제 발생 시 신속하고 전문적인 기술 지원 가능 여부, 현지 서비스 네트워크 유무
• 제품 포트폴리오: 필요한 모든 종류의 트랜스미터(압력, 온도, 유량, 레벨 등)와 관련 액세서리를 공급하는지 여부
• 문서화 품질: 사용자 매뉴얼, 데이터시트, 교정 절차서 등의 명확성 및 상세성
• 공급 안정성 및 장기적 비전: 회사의 재무 건전성, 기술 개발 투자, 제품 단종 정책 등 장기적인 파트너로서의 신뢰성
• 교육 및 훈련: 운영 및 유지보수 인력을 위한 교육 프로그램 제공 여부

 

8.2. 교정(Calibration) 모범 사례 및 주기 결정

목적: 교정은 트랜스미터의 측정값을 알려진 표준(reference standard)과 비교하여 그 정확도를 확인하고, 필요한 경우 조정을 통해 오차를 최소화하는 과정입니다. 시간이 지남에 따라 발생하는 측정값의 드리프트(drift)를 보정하여 지속적으로 신뢰할 수 있는 측정을 보장하는 데 필수적입니다.  

 

교정 주기 결정 요인: 교정 주기는 일률적으로 정해지는 것이 아니라, 다음과 같은 다양한 요인을 고려하여 결정해야 합니다 :  

 

• 제조사 권장 사항: 초기 교정 주기를 설정하는 좋은 출발점입니다.
• 요구 정확도 (MPE - 최대 허용 오차): 공정에서 요구하는 정확도 수준이 높을수록 더 짧은 교정 주기가 필요할 수 있습니다. MPE는 현실적으로 달성 가능하며 공정 요구사항을 만족하는 수준으로 설정해야 합니다. 제조사의 기준 정확도를 그대로 사용하는 것은 종종 너무 엄격할 수 있습니다.  
• 기기 안정성/드리프트율: 트랜스미터의 장기 안정성 사양(예: %/year)과 과거 교정 기록을 통한 실제 드리프트율을 분석하여 주기를 최적화할 수 있습니다.  
• 공정 중요도: 측정값이 안전, 품질, 환경 규제, 상거래(custody transfer) 등에 미치는 영향이 클수록 더 자주 교정해야 합니다.
• 환경 조건: 가혹한 온도 변화, 진동, 부식성 환경 등은 드리프트를 가속화시켜 교정 주기를 단축시킬 수 있습니다.
• 규제 요구사항: 특정 산업(예: 제약, 원자력)이나 법규(예: 환경 모니터링)에서 요구하는 교정 주기가 있을 수 있습니다. 
• 과거 교정 이력: 특정 기기나 유사 기기의 과거 교정 결과(As Found 데이터) 분석을 통해 드리프트 경향을 파악하고 주기를 조정하는 것이 가장 효과적인 방법입니다.  

주기 설정: 초기에는 보수적으로 주기를 설정하고(예: 1년), 3회 이상의 교정 데이터를 축적하여 드리프트 경향을 분석한 후, MPE를 초과하지 않는 범위 내에서 주기를 연장하거나 단축하는 것이 좋습니다. 일반적으로 안정적인 환경의 직접 설치형 트랜스미터는 1년에서 6년 사이의 주기가 될 수 있으며 , 다이어프램 씰 사용 시 또는 가혹 조건에서는 주기를 절반 정도로 단축하는 것이 권장됩니다. ISA-RP105.00.01은 교정 프로그램 관리에 대한 권장 사항을 제공합니다.  

 

교정 절차 모범 사례: 효과적인 교정을 위해 다음 절차를 따르는 것이 좋습니다 :  

 

1. 환경 안정화: 진동이 없고 온도 변화가 적은 안정적인 환경에서 교정을 수행합니다.
2. 센서 예비 작동 (Exercise): 교정 시작 전, 센서에 측정 범위의 약 90%까지 압력/온도 등을 가했다가 제거하는 과정을 거쳐 센서의 응답성을 안정화시킵니다 (히스테리시스 영향 최소화).
3. 설치 위치 영점 조정 (Position Zero Adjustment): 트랜스미터의 설치 방향이 교정 시와 다를 경우 발생할 수 있는 영점 오차를 보정하기 위해, 교정 전 현재 상태에서 영점을 조정합니다.
4. 다점 검사 (Multi-point Check): 측정 범위 내 여러 지점(일반적으로 0%, 50%, 100% 또는 0%, 25%, 50%, 75%, 100%)에서 입력을 가하고 출력을 확인합니다. 상승(Up) 및 하강(Down) 방향으로 모두 측정하여 히스테리시스를 확인하는 것이 좋습니다 (예: 3-point up/down). 각 측정점에서는 출력이 안정화될 때까지 충분한 시간(예: 30초)을 기다립니다.
5. 표준기 사용: 교정에 사용되는 표준기는 교정 대상 트랜스미터보다 최소 3~4배 이상 정확해야 하며, 국가 표준에 소급 가능한(traceable) 장비를 사용해야 합니다.
6. 결과 기록 (As Found): 조정 전 측정 결과를 정확히 기록합니다. 이는 드리프트 분석 및 교정 주기 최적화에 필수적입니다.
7. 조정 (Adjustment): 측정 결과가 미리 설정된 MPE를 벗어난 경우에만 트랜스미터를 조정합니다. MPE 내에 있다면 불필요한 조정을 피하는 것이 좋습니다.  
8. 조정 후 기록 (As Left): 조정 후 다시 측정을 수행하여 조정 결과를 기록합니다.
9. 문서화: 모든 교정 과정과 결과를 문서화하여 관리합니다.

핵심: 효과적인 교정 프로그램의 핵심은 단순히 자주 교정하는 것이 아니라, 각 측정점의 중요도와 실제 성능 이력을 바탕으로 적절한 MPE와 교정 주기를 설정하고, 표준화된 절차에 따라 정확하게 수행하며, 그 결과를 체계적으로 관리하여 지속적으로 개선하는 데 있습니다. 불필요한 조정은 오히려 드리프트 추적을 방해하고 자원을 낭비할 수 있습니다.  

 

8.3. 유지보수 전략 (예방, 예측, RCM)

트랜스미터의 신뢰성을 유지하고 예상치 못한 고장을 방지하기 위해 적절한 유지보수 전략을 수립하는 것이 중요합니다. 단순 교정 외에 다음과 같은 접근 방식을 고려할 수 있습니다.

• 예방 정비 (Preventive Maintenance, PM): 미리 정해진 시간 또는 사용량 기준에 따라 정기적으로 수행하는 유지보수 활동입니다. 트랜스미터의 경우, 정기적인 외관 검사, 연결부 확인, 청소, 그리고 앞서 설명한 정기 교정 등이 해당될 수 있습니다. 구현이 비교적 간단하지만, 실제 장비 상태와 관계없이 수행되므로 불필요한 작업을 하거나(과잉 정비) 필요한 시점을 놓칠(과소 정비) 위험이 있습니다.  
   
• 예측 정비 (Predictive Maintenance, PdM): 장비의 실제 상태를 모니터링하여 고장 발생 시점을 예측하고, 필요한 시점에 유지보수를 수행하는 방식입니다. 스마트 트랜스미터의 경우, 내장된 진단 기능(예: 센서 상태, 내부 온도, 드리프트 경향, 막힘 감지 등)을 활용하여 예측 정비를 구현할 수 있습니다. 이는 유지보수 효율성을 높이고 예기치 않은 다운타임을 줄이는 데 매우 효과적입니다.  
   
• 신뢰성 중심 유지보수 (Reliability Centered Maintenance, RCM): 각 자산(트랜스미터 포함)의 기능, 잠재적 고장 모드(failure modes), 그리고 고장 발생 시의 결과(consequences of failure)를 체계적으로 분석하여 가장 적합한 유지보수 전략(PM, PdM, 고장 후 정비(Run-to-Failure), 재설계 등)을 결정하는 방법론입니다. RCM은 단순히 고장을 예방하는 것을 넘어, 시스템의 신뢰성을 유지하면서 전체 유지보수 비용을 최적화하는 것을 목표로 합니다. SAE JA1011/1012와 같은 표준이 RCM 프로세스를 정의합니다.  

트랜스미터 적용: 트랜스미터 유지보수에는 이러한 전략들을 조합하여 적용할 수 있습니다. 예를 들어, 중요도가 낮은 단순 모니터링용 트랜스미터는 기본적인 예방 정비(외관 점검) 및 고장 시 교체(Run-to-Failure) 전략을 사용할 수 있습니다. 반면, 중요 제어 루프나 안전 시스템에 사용되는 스마트 트랜스미터는 내장된 진단 기능을 활용한 예측 정비(PdM)와 RCM 분석을 통해 결정된 최적의 교정 주기 및 검사 항목을 적용하는 것이 효과적입니다.  

 

8.4. 총 소유 비용 (TCO) 평가

트랜스미터 선정 시 초기 구매 가격뿐만 아니라, 장비의 전체 수명 주기에 걸쳐 발생하는 모든 비용을 고려하는 총 소유 비용(Total Cost of Ownership, TCO) 분석이 중요합니다.  

• TCO 정의: TCO는 자산의 구매 가격에 운영 및 유지보수 비용을 더한 총 비용을 의미하며, 자산의 수명 주기 동안 발생하는 직접적 및 간접적 비용을 모두 포함합니다.  
   
• 트랜스미터 TCO 구성 요소:
  • 취득 비용 (Acquisition Costs): 초기 구매 가격, 설치 비용, 초기 설정 및 교정 비용, 관련 엔지니어링 시간 등이 포함됩니다.  
  • 운영 비용 (Operating Costs): 트랜스미터 자체의 전력 소모는 미미하지만, 측정 부정확성으로 인한 잠재적 비용(예: 불량품 발생, 공정 비효율) 및 트랜스미터 고장으로 인한 생산 중단(downtime) 비용이 포함될 수 있습니다.  
  • 유지보수 비용 (Maintenance Costs): 정기 교정 비용, 문제 해결(troubleshooting) 비용, 수리 비용, 예비 부품 재고 유지 비용 등이 포함됩니다. 
  • 교육 비용 (Training Costs): 설치, 설정, 유지보수 담당자 교육 비용이 포함될 수 있습니다. 
  • 폐기 비용 (Disposal Costs) / 잔존 가치 (Residual Value): 수명이 다한 트랜스미터의 폐기 비용 또는 잠재적 잔존 가치(일반적으로 미미함)가 고려될 수 있습니다.  
• 중요성: 초기 구매 가격이 저렴한 트랜스미터가 잦은 교정 필요, 높은 고장률, 짧은 수명 등으로 인해 결과적으로 더 높은 TCO를 유발할 수 있습니다. TCO 분석은 장기적인 관점에서 더 나은 투자 결정을 내리는 데 도움을 줍니다.

결과적으로, 트랜스미터의 장기 안정성, 진단 기능의 유용성, 유지보수 및 교정의 용이성과 같은 요소들이 초기 구매 가격을 다소 높이더라도 전체 TCO를 절감하는 데 크게 기여할 수 있습니다. 예를 들어, 안정성이 뛰어나 교정 주기를 길게 가져갈 수 있거나 , 풍부한 진단 정보로 예측 정비가 가능한 스마트 트랜스미터는 장기적으로 유지보수 비용과 다운타임 비용을 줄여 TCO 측면에서 더 경제적일 수 있습니다. 따라서 단순히 초기 비용만 비교할 것이 아니라, 이러한 수명 주기 비용을 종합적으로 평가하는 것이 현명한 선택입니다.  

 

8.5. 스마트 트랜스미터 진단 기능 활용 및 자산 관리

스마트 트랜스미터 기능: 현대의 트랜스미터, 특히 HART, FOUNDATION Fieldbus, Profibus PA와 같은 디지털 통신 프로토콜을 지원하는 '스마트' 트랜스미터는 내장된 마이크로프로세서를 활용하여 단순한 공정 변수 측정 및 전송을 넘어선 다양한 고급 기능을 제공합니다. 핵심 기능 중 하나가 바로 자체 진단(Self-diagnostics) 기능입니다.  

 

진단 정보 유형: 스마트 트랜스미터는 다음과 같은 다양한 진단 정보를 제공할 수 있습니다:

• 장치 상태: 현재 트랜스미터의 전반적인 상태 (예: 정상, 유지보수 필요, 기능 점검, 고장).
• 센서 상태: 센서 요소 자체의 건강 상태 (예: pH 센서의 노화 상태, 압력 센서 다이어프램 이상 감지). 
• 공정 관련 진단: 측정 루프의 이상 감지 (예: 압력 트랜스미터의 임펄스 라인 막힘 감지 - PILD). 
• 내부 상태 모니터링: 트랜스미터 내부 온도, 전원 전압 상태 등. 
• 이력 관리: 설정 변경 이력, 교정 데이터 및 이력, 극한 조건에서의 작동 시간 등. 

자산 관리 시스템(AMS) 연계 이점: 이러한 진단 정보는 자산 관리 시스템(Asset Management System, AMS)과 연동될 때 그 가치가 극대화됩니다. AMS는 플랜트 내 수많은 스마트 기기로부터 데이터를 수집, 분석, 관리하여 다음과 같은 이점을 제공합니다:  

 

• 예측 정비: 진단 정보를 분석하여 잠재적인 문제가 심각한 고장으로 이어지기 전에 미리 감지하고 정비 계획을 수립할 수 있습니다.  
• 문제 해결 시간 단축: 고장 발생 시 진단 정보가 문제의 원인을 신속하게 파악하는 데 도움을 주어 평균 수리 시간(MTTR)을 단축시킵니다. 
• 유지보수 최적화: 정해진 주기가 아닌 실제 장비 상태에 기반하여 유지보수(특히 교정) 시점을 결정함으로써 불필요한 작업을 줄이고 효율성을 높입니다.
• 문서화 자동화: 교정 기록, 설정 변경 이력 등이 자동으로 기록되고 관리되어 문서 작업 부담을 줄이고 규제 준수를 용이하게 합니다.  
• 원격 접근성 향상: 제어실이나 유지보수실에서 원격으로 장치 상태 확인, 설정 변경, 진단 수행이 가능해져 현장 작업 시간과 위험 노출을 줄입니다. 
• 신뢰성 및 가동 시간 증대: 문제 발생 전 예방 조치를 통해 예기치 않은 생산 중단을 최소화하고 플랜트 가동률을 높입니다.  

활용 사례: 실제로 스마트 트랜스미터 진단과 AMS를 활용하여 시운전 시간 단축, 교정 주기 연장, 치명적인 고장 방지 등을 통해 상당한 비용 절감 효과를 거둔 사례들이 보고되고 있습니다.  

 

결론적으로, 스마트 트랜스미터의 진단 기능은 단순한 부가 기능이 아니라, 예측 정비 및 효과적인 자산 관리를 가능하게 하여 플랜트의 신뢰성, 안전성, 효율성을 향상시키는 핵심 요소입니다. 트랜스미터 선정 시 이러한 진단 기능의 유용성과 상위 시스템과의 통합 용이성을 중요한 기준으로 고려해야 합니다.

 

결론

요약: 산업 공정 제어용 트랜스미터 선정은 공정의 효율성, 안전성, 그리고 측정 및 제어 시스템의 전반적인 신뢰성에 지대한 영향을 미치는 복합적인 과정입니다. 본 보고서에서 살펴본 바와 같이, 성공적인 트랜스미터 선정을 위해서는 측정 대상 공정 변수의 정확한 식별, 요구되는 측정 범위 및 스팬의 명확한 정의, 정확도, 응답 시간 등 성능 사양에 대한 깊이 있는 이해가 필수적입니다. 또한, 설치될 환경 조건(온도, 습도, 진동, 위험 지역 분류)을 면밀히 평가하고 이에 적합한 외함 보호 등급과 방폭 구조를 선택해야 하며, 공정 유체와의 화학적 호환성을 고려한 접액부 재질 선정 역시 매우 중요합니다. 더 나아가, 제어 시스템과의 원활한 통합을 위한 출력 신호 및 통신 프로토콜(4-20mA, HART, Fieldbus 등) 선택, 안정적인 작동을 위한 전원 공급 방식(2선식/4선식) 및 배선/접지 방법, 그리고 장기적인 관점에서 교정 및 유지보수 전략과 총 소유 비용(TCO)까지 다각적으로 고려해야 합니다.

 

체계적 접근 권장: 최적의 트랜스미터를 선정하기 위해서는 단편적인 정보나 가격에만 의존하기보다는 체계적인 접근이 필요합니다. 먼저, 해당 측정 루프의 정확한 요구사항(측정 변수, 범위, 필요한 정확도 및 응답 속도 등)을 명확히 정의해야 합니다. 다음으로, 예상되는 설치 환경 및 공정 조건을 철저히 분석하여 환경적 제약 조건(온도, 습도, 진동, 부식성, 폭발 위험성 등)을 파악해야 합니다. 이를 바탕으로 다양한 제조사의 트랜스미터 데이터시트를 비교 분석하되, 기준 정확도뿐만 아니라 실제 설치 환경에서의 예상 성능(TPE)과 장기 안정성, 진단 기능의 유용성 등을 종합적으로 평가해야 합니다. 통신 방식과 전원 공급 방식은 제어 시스템 아키텍처 및 유지보수 전략과 연계하여 결정하고, 마지막으로 초기 구매 비용과 예상되는 유지보수, 교정 비용 등을 포함한 총 소유 비용(TCO)을 평가하여 장기적인 경제성까지 고려하는 것이 바람직합니다.

 

최종 고려사항: 궁극적으로 최적의 트랜스미터 선택은 기술적 성능, 신뢰성, 안전성, 그리고 전체 수명 주기에 걸친 경제적 가치 사이의 균형을 맞추는 과정입니다. 특정 어플리케이션의 요구사항을 가장 잘 만족시키면서 장기적으로 가장 효율적이고 신뢰할 수 있는 운영을 보장하는 트랜스미터를 선택하는 것이 성공적인 공정 자동화의 핵심 요소임을 강조하며 본 보고서를 마칩니다.