압력 강하를 케이블 인입부 누설률로 환산하려면 유효 가스 체적에 압력 강하를 곱하고, 측정 시간으로 나눈 다음 보고 기준 압력과 온도를 적용합니다. 저는 먼저 가스 손실을 냉각, 체적 변화, 치구 누설과 구분합니다. 이러한 영향을 제어하면 결과로 시험한 조립품과 조건에서의 평균 가스 손실률을 구할 수 있습니다.
아래 예제는 0.500 L 체적에서 60초 동안 발생한 0.2 kPa 강하를 명시된 기준 조건에서 1.0 mL/min으로 환산합니다. 두 번째 계산은 0.3°C만 냉각되어도 비슷한 압력 강하가 생길 수 있는 이유를 보여줍니다.
핵심 요점
- 연결된 치구와 튜브를 유효 가스 체적에 포함하세요.
- 측정 구간 동안 가스 온도가 안정적인지 확인하세요.
- 압력 강하, 압력·체적 처리량, 기준 체적 유량을 구분하세요.
- 가스 종류, 시험 조건, 기준 조건을 결과와 함께 보고하세요.
- 조립품의 합격 한계와 판정 규칙을 해당 측정량에 적용하세요.
누설률은 명시된 조건에서 정해진 경계를 단위 시간당 통과하는 유체의 양입니다. 저는 먼저 연결된 가스 공간 주위에 이 경계를 설정합니다. 정션 박스 전체 시험에는 커버 접합부와 연결된 모든 인입부가 포함됩니다. 글랜드 하나만 격리하는 치구는 더 제한된 조립품을 측정합니다. 누설률 용어집에서는 측정량과 보고 조건을 설명합니다.
먼저 시험에 포함되는 기체, 압력 차이의 방향 및 접합면을 확인하세요. 외함 전체를 시험한다면 덮개 가스켓과 다른 인입부도 결과에 영향을 줄 수 있습니다. 접속함 밀봉 무결성 안내서에서 이러한 경계를 식별하는 방법을 설명합니다.
유효 가스 체적은 압력 측정으로 나타나는 서로 통하는 가스 공간이며, 격리 경계 안의 시편 공간, 치구, 튜브를 포함합니다. 고체 부품은 가스를 밀어내고 연결 튜브는 체적을 더합니다. 시험 장치에 지정된 방법으로 이 체적을 설정하고, 측정 방법에서 요구하면 교정된 등가 체적을 사용하세요. Cosmo Instruments의 누설 교정 설명은 압력 응답을 누설률 단위로 환산할 때 등가 내부 체적이 필요한 이유를 설명합니다.
체적 오차는 환산 결과에 그대로 반영됩니다. 실제 유효 체적이 0.5 L인데 0.4 L를 입력하면 같은 기록 압력 강하에 대한 계산 누설률은 20% 낮아집니다. 따라서 환산보다 체적을 정확히 확인하는 일이 먼저입니다.
저는 압력 강하를 환산하기 전에 압력 추이를 가스 온도 기록과 비교합니다. 가스량이 일정해도 냉각되면 압력이 낮아집니다. NASA의 이상 기체 상태 방정식은 절대압력, 체적, 가스량, 절대온도를 연결합니다. 가스량과 체적이 일정하면 압력은 켈빈 온도에 비례해 변합니다.
누설이 없는 별도의 예를 살펴보겠습니다. 기체는 절대압 200 kPa와 20°C, 즉 293.15 K에서 시작합니다. 계산에는 온도의 켈빈 눈금을 사용합니다. NIST의 온도 환산법에서는 섭씨 값에 273.15를 더합니다. 체적이 일정한 상태에서 온도가 겨우 0.3°C 낮아지면 예상 압력 강하는 다음과 같습니다:
이는 아래 누설 예에서 사용한 0.2 kPa 손실보다 약간 큽니다. 압력 강하 전체를 기체 유출로 해석하면 잘못된 누설 결과를 얻게 됩니다.
예를 들어, 이 초기 조건에서 냉각으로 인한 겉보기 압력 손실을 최대 0.02 kPa로 허용하는 가상의 측정 예산을 가정해 보겠습니다. 체적이 일정한 가스 관계식에 따르면 허용 온도 변화는 293.15 × 0.02 ÷ 200 = 0.029315 K, 약 0.029°C입니다. 저는 이러한 계산으로 필요한 열 제어 수준과 시험 장치에서 입증된 능력을 비교합니다. 실제 배분량은 측정 불확도 예산을 통해 정하세요. 여기의 0.02 kPa 허용량은 예시입니다.
아래의 가상 사례 두 가지는 같은 조건에서 시작합니다. 하나는 온도가 일정한 상태에서 기체가 손실된다고 가정하고, 다른 하나는 기체량을 일정하게 유지한 채 냉각을 허용합니다.
충전 후 가스와 시편의 온도가 서로 다를 수 있습니다. 저는 해당 시험 장치에 적합한 온도 측정을 사용하고 절차의 안정화 기준이 충족된 시점에 검출 구간을 시작합니다. 실내 온도만으로는 시편 내부에서 계속되는 변화를 놓칠 수 있습니다. 기계적으로 유연한 함체나 치구도 충전 후 팽창하여 가스 체적을 늘리고 압력을 낮출 수 있습니다. 측정된 강하가 작을수록 이러한 영향이 특히 중요합니다.
NASA-STD-7012A 제5.5절은 NASA 하드웨어용 압력 강하 방법에서 내부 및 기압, 온도, 시편 체적, 치구 체적을 고려합니다. 이러한 변수는 유용한 측정 참고 기준입니다. 케이블 인입부에는 실제 조립품과 시험 장치에 정해진 안정화 기준, 시험 압력, 합격 한계를 사용하세요.
저는 먼저 압력·체적 처리량을 계산한 다음 명시된 기준 조건에서 체적 유량으로 환산합니다. 다음 모델은 압력 손실을 유효 체적과 가스 온도가 일정한 이상 기체의 손실로 취급합니다. 측정 절차는 치구 누설 및 기타 배경 영향을 제어합니다. 이러한 가정이 적용되는 안정화 구간에 이 식을 사용하세요.
이 가상의 공기 시험 값은 안정화된 측정 구간 하나를 나타냅니다. 단위와 계산 과정을 따라갈 수 있도록 한 예제입니다. 실제 시험 압력과 구간은 조립품 시험 절차에 따라 선택하세요:
| 입력값 | 기호 | 가정값 |
|---|---|---|
| 연결된 유효 기체 체적 | 0.500 L | |
| 시작 절대압 | 200.0 kPa 절대압 | |
| 종료 절대압 | 199.8 kPa 절대압 | |
| 검출 구간 | 60 s | |
| 일정한 시험 기체 온도 | 20°C = 293.15 K | |
| 기준 절대압 | 100 kPa 절대압 | |
| 기준 온도 | 20°C = 293.15 K |
측정된 압력 손실은 이며, 값은 0.2 kPa입니다. 기준 압력 100 kPa는 보고에 사용할 체적을 정하는 값이지 시험 압력이나 씰 양쪽의 압력 차이가 아닙니다. 시험 압력 차이를 나타내려면 외부 압력을 별도로 기록하세요.
압력·체적 처리량: 단위 시간당 손실된 압력·체적량으로, 여기서는 시험 가스 온도에서 표현합니다. 체적과 온도가 일정할 때 평균값은 다음과 같습니다:
리터와 킬로파스칼을 사용하면 수치 환산이 편리합니다. 1 kPa·L는 1 Pa·m³와 같습니다. 1 kPa = 1,000 Pa이고 1 L = 0.001 m³이므로 이렇게 환산됩니다. 리터 환산값은 NIST의 SI 단위 변환표에 나와 있습니다.
이 물리량에는 기체 온도가 함께 따라야 합니다. 압력과 체적의 곱을 단위 시간으로 나눈 값이지 L/min 단위의 체적 유량은 아닙니다.
기준 체적 유량: 단위 시간당 손실된 가스량을 지정된 압력과 온도에서 차지할 체적으로 표현한 값입니다. 이상 기체 관계를 적용하면 다음과 같습니다:
이 방정식에는 체적을 L로, 두 압력을 kPa로, 온도를 K로, 시간 구간을 초로 입력합니다. 60을 곱하면 결과가 L/min으로 환산됩니다. 계측기나 계산기에 °C를 입력하더라도 온도비에는 절대온도를 사용해야 합니다.
주어진 예에 적용하면 다음과 같습니다:
저는 이 결과를 절대압 100 kPa 및 20°C의 기준 조건에서 공기 1.0 mL/min으로 보고하며, 60초 동안의 평균값입니다. 시험은 가스 온도 20°C, 절대압 200.0 kPa에서 시작했습니다. 경계를 통과하는 가스를 움직이는 압력 차를 정하기 때문에 외부 압력도 기록해야 합니다. 측정 불확도와 적용 한계를 더해 합격을 판단합니다.
이 도구는 평균 압력 감쇠율 0.2 kPa/min도 반환합니다. 이 값은 압력 곡선을 나타내며, 1.0 mL/min은 선택한 기준 조건으로 환산한 등가 기체 체적 손실을 나타냅니다.
두 누설률 수치를 비교하려면 물리량, 단위 및 기준 조건을 나란히 놓고 확인해야 합니다. 같은 조건에 맞춰 동일한 물리량을 나타낼 때만 두 수치를 비교할 수 있습니다.
| 보고 물리량 | 단위 예시 | 함께 기록할 항목 |
|---|---|---|
| 압력 감쇠율 | kPa/min | 유효 체적, 기체 온도, 압력 조건 및 측정 구간 |
| 기준 체적 유량 | mL/min 또는 L/min | 기준 절대압 및 온도, 기체 종류 및 시험 조건 |
| 압력·체적 처리량 | Pa·m³/s | 처리량을 나타낸 온도, 기체 종류 및 시험 조건 |
| 질량 유량 | kg/s | 기체 종류와 시험 조건; 체적 유량에서 시작했다면 기체별 환산값 |
계산 예시에서 동일한 기체 손실을 가정하고 보고 기준 압력만 100 kPa에서 101.325 kPa로 바꾸면 20°C에서 약 0.987 mL/min이 됩니다. 시험편의 상태가 개선된 것은 아닙니다. 보고에 사용한 등가 체적이 달라졌을 뿐입니다.
“표준 체적 유량” 또는 “기준 상태(노멀) 체적 유량”이라고 표시하는 값에는 기준 압력과 온도를 함께 기재합니다. NIST 누설 교정 서비스 부록 A는 서로 다른 가스 유량 측정량과 표준 조건에 사용되는 여러 온도를 설명합니다. 보고 기준을 바꾸면 주어진 가스 손실에 대응하는 체적도 다시 환산됩니다. 씰 양쪽의 실제 압력 차를 바꾸면 가스 손실 자체가 달라질 수 있으므로, 이에 상응하는 시험이나 검증된 유동 모델이 필요합니다.
계산기의 시작·종료 압력과 기준 압력에는 절대압을 사용하세요. 대기압 기준이 변하지 않은 경우에만 두 게이지압의 차이가 그에 해당하는 절대압 차이와 같습니다. 앞서 설명한 열 영향을 확인할 때도 절대압이 중요합니다.
압력 강하는 연결된 가스 공간의 순응답을 측정합니다. 저는 시간 추이, 온도 기록, 치구 점검 결과를 함께 사용해 다음으로 가장 유용한 확인 작업을 정합니다.
케이블 씰, 패널 씰 또는 치구에 연결된 틈이 있으면 기체가 빠져나갈 수 있습니다. 투과는 손상되지 않은 재료를 통과하는 기체 이동입니다. NIST의 투과형 기준 누설기 연구는 물리적 통로를 통한 유동과 재료 장벽을 통한 확산을 구분합니다. NIST 누설 교정 서비스는 기체 방출도 압력 측정에 영향을 준다고 설명합니다. 기체 수지 관점에서 재료에 흡수되는 기체는 압력을 낮출 수 있고 측정 공간으로 방출되는 기체는 바깥으로 향하는 손실을 일부 가릴 수 있습니다. 기체 및 증기의 글랜드 씰 투과 안내서는 케이블 인입부의 재료와 접합면 차이를 자세히 설명합니다.
다음과 같은 관찰된 변화 양상은 조사의 방향을 잡는 데 도움이 됩니다. 각 양상은 확인 항목을 시사하며, 짝을 이루는 대조시험 또는 온도 측정으로 그 설명이 맞는지 판단합니다.
| 관찰된 변화 양상 | 확인할 영향 | 유용한 다음 확인 |
|---|---|---|
| 충전 직후 압력이 가장 빠르게 떨어진 후 기울기가 감소합니다 | 가스 냉각 또는 치구/시편 자리잡음 | 온도 추이를 비교하고 절차의 안정화 기준에 따라 다시 시험합니다 |
| 막음 처리한 치구에서도 비슷한 하강 추이가 나타납니다 | 치구 씰, 밸브, 튜브 또는 계측기 배경 영향 | 케이블 인입부에 원인을 돌리기 전에 치구 응답을 규명하고 처리합니다 |
| 온도와 체적이 안정된 후에도 압력이 계속 떨어집니다 | 접합부를 통한 가스 누출 또는 재료 투과 | 지정된 위치 확인 시험 또는 대조시험으로 경로를 구분합니다 |
| 압력이 상승하거나 예상된 하강 폭이 작아집니다 | 가열 또는 측정 공간으로 방출되는 가스 | 온도와 컨디셔닝 이력을 비교한 다음 배경 응답을 확인합니다 |
절차에 배경 보정이 필요하면 저는 실측을 통해 얻은 재현성 있는 대조 데이터를 사용합니다. 막음 처리된 치구의 응답 변화는 케이블 씰을 교체하기 전에 시험 장치 문제를 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다. 측정에 여러 경로가 계속 함께 포함되면 시험한 전체 경계와 결과를 연결해 기록하세요. 이렇게 하면 전체 가스 손실과 특정 접합부의 누설을 구분하면서 조립품을 비교할 수 있습니다.
계산된 1.0 mL/min을 평가하려면 해당 조건에서 조립품에 적용되는 한계와 비교하세요. 비교에는 동일한 가스, 압력 방향, 시험 압력, 온도, 컨디셔닝, 보고 기준이 필요합니다. 저는 방법과 포함된 인터페이스도 확인합니다. 박스 전체 결과에는 단일 인입부용 치구가 제외할 수 있는 경로도 포함되므로 한계와 경계는 같은 조립품을 대상으로 해야 합니다.
판정 규칙은 한계 적합성을 판단할 때 측정 불확도를 반영하는 합의된 방법입니다. ILAC-G8:09/2019는 이 관계와 합격 경계의 사용을 설명합니다. 작업에 지정된 규칙을 적용하고 측정 전에 필요한 선택 사항을 합의하세요. 그러면 경계에 가까운 결과도 일관되게 해석할 수 있습니다.
계산을 추적할 수 있도록 다음 정보를 함께 기록하세요:
표시가 0이면 방법의 분해능과 입증된 검출 능력을 확인하세요. 그 능력보다 작은 손실은 판별되지 않을 수 있고, 상쇄되는 배경 영향이 겉보기 감소량을 줄일 수도 있습니다. 절차의 보고 규약에 따라 방법으로 구분할 수 있는 결과 또는 해당 검출 한계를 보고하세요.
IEC 60529는 해당 시험을 통해 외함의 침투 보호를 분류합니다. 가스 누설 결과와 IP 평가는 각각의 시험 방법과 연결해 기록하세요. 조립품에서 요구 성능과의 관계가 검증되었다면 생산 가스 누설 시험을 검사에 활용할 수 있습니다.
저는 먼저 연결된 체적을 정의하고 온도, 체적 안정성, 치구 배경 영향을 확인한 다음 압력 강하 추이를 누설률로 환산합니다. 이어서 가스 손실을 계산하고 기준 조건을 명시합니다. 예제 결과는 절대압 100 kPa 및 20°C에서 1.0 mL/min입니다. 별도의 냉각 사례는 해석할 때 온도를 고려해야 하는 이유를 보여줍니다.
결과를 조립품 한계와 비교할 때는 동일한 경계, 가스, 압력 조건, 보고 기준을 사용하세요. 합의된 불확도 판정 규칙을 적용하고 이후 검사나 문제 해결에 활용할 수 있도록 시험 구성을 결과와 함께 기록하세요.
IP 등급은 해당 침투 시험을 통해 확정합니다. 압력 강하는 자체 시험 조건에서 가스 거동을 측정합니다. 조립품에 대한 상관관계가 검증되면 생산 검사에 활용할 수 있지만, mL/min 값을 IP 코드로 일반적으로 환산할 수는 없습니다.
계산기가 요구하는 시작 및 종료 절대압력을 사용하세요. 해당 대기압을 적용해 게이지압 측정값을 환산하세요. 대기 기준이 일정하게 유지되면 두 게이지압의 차이는 절대압 측정값의 차이와 같습니다. 기준압력과 열 계산에 사용하는 압력도 절대압이어야 합니다.
0으로 표시되더라도 방법의 분해능 또는 검출 능력보다 작은 변화일 수 있습니다. 온도나 배경 영향이 손실 일부를 상쇄할 수도 있습니다. 저는 시험 조건과 함께 방법으로 구분할 수 있는 결과 또는 검출 한계를 보고한 뒤, 지정된 한계와 판정 규칙을 적용합니다.
압력 측정값은 격리 경계 내부에서 서로 통하는 모든 가스 공간을 나타냅니다. 연결된 튜브와 치구의 빈 공간은 주어진 압력 강하에 해당하는 가스량에 포함됩니다. 연결된 공간을 포함하여 방법에서 요구하는 유효 체적 또는 교정된 등가 체적을 사용하세요.