누설검사의 원리

1. 압력

압력이란 단위 면적에 작용하는 힘으로 국제단위체계에서는 파스칼을 사용한다. 일반적으로 압력변화시험이 10분~몇 시간 정도라면 대기압의 영향을 무시할 수 있으므로 절대압력은 게이지의 압력과 동일하게 생각하면 된다. 특히 압력시험 등에서 절대압력은 중요하게 적용된다.

 1) 게이지 압력

압력계에 지시되는 압력 또는 계기압력이며, 표준 대기압을 0으로 하고 그 이상의 압력을 나타낸다.

 2) 절대압력

가스의 실제 압력이며, 완전 진공인 때를 0으로, 표준 대기압을 1.033으로 한다.

 3) 진공압력

대기압보다 낮은 압력으로 수은주로 표시한다. 그 크기는 진공도로 나타낸다.

 4) 표준 대기압

대기권에서부터 지구의 평균 표면까지 공기가 누르는 힘을 말한다.

 

2. 온도

물질의 많은 성질은 온도에 따라 변한다. 대부분의 물질은 열을 받으면 팽창한다. 철제 빔이나 포장된 도로는 온도에 따라 약간 팽창하거나 수축한다. 온도를 정량적으로 측정하기 위해서는 수치적 눈금을 결정해야 하는데 가장 일반적인 눈금은 섭씨이며 과학에서 많이 사용되는 절대온도가 있다. 섭씨와 화씨의 눈금 모두 대기압 하에서의 물의 끓는점과 어는점을 두 고정온도로 선정한 것이다. 섭씨 눈금은 물의 어는점을 0℃, 끓는점을 100℃로 정한 것이고, 화씨 눈금은 어는점을 32℉, 끌는점을 212℉로 정한 것이다. 온도는 기체의 부피에 영향을 미치는데 온도의 증감에 따라 부피가 0이되고, 더 낮은 온도에서는 이론적으로는 음의 부피를 갖는다. 이때의 온도를 절대 영도라고 하며 측정된 절대온도 값은 약 -273.15℃라는 것이 밝혀졌다.

 

3. 기체의 법칙

 1) 이상기체

실제로는 존재하지 않으며 실제기체는 온도가 높고 압력이 낮을수록 이상기체에 가까워 진다. 이상기체의 특징으로는 샤를의 법칙을 만족하고, 아보가드로의 법칙을 따르며, 기체의 분자 간 인력과 부피가 무시되며, 분자의 충동은 완전탄성체로 이루어진다.

 2) 보일의 법칙

온도가 일정할 때 일정량의 기체가 차지하는 부피는 압력에 반비례한다.

 3) 샤를의 법칙

압력이 일정할 때 일정량의 기체가 차지하는 부피는 온도가 1℃ 변할 때마다 0℃일 때 부피의 1/273씩 변한다. 즉 기체의 부피는 절대온도에 비례한다.

 4) 보일-샤를의 법칙

온도와 압력이 동시에 변하는 조건으로 하면 일정량의 기체의 체적은 절대압력에 반비례하고 절대온도에 비례 한다는 것이다.

 5) 혼합가스의 법칙

돌텀의 부분압력의 법칙은 완전기체의 혼합가스가 나타내는 전체압력은 각각의 성분 가스가 나타내는 압력과 같다. 혼합가스의 조성 백분율은 일정부피내의 혼합가스 중 특성 성분의 가스는 전체양에 대한 분율로 나타낼 수 있다.

 6) 그레이엄의 확산속도

기체의 확산속도는 분자량의 제곱근에 반비례한다.

 

4. 기체분자의 평균 자유행로

평균 자유행로는 하나의 기체분자가 기체상 또는 증기상에서 연속적으로 충돌하는 다른 분자들 사이를 이동한 거리를 말한다. 평균 자유행로는 추적기체나 가압기체에 의해 누설 또는 누설경로를 통해서 발생되는 기체흐름의 형태를 결정하는데 중요하다. 평균자유행로는 압력, 온도, 기체분자의 성분에 의해서 계산할 수 있다.

 

5. 기체 흐름

 1) 기체흐름의 형태로는 점성흐름, 전이흐름, 분자흐름의 세 가지가 있으며 점성흐름은 층상흐름과 난류흐름으로 구분할 수 있다. 기체의 흐름에 영향을 미치는 인자는 기체의 분자량, 기체의 점성, 압력의 차이, 시스템의 절대압력, 누설의 경로가 있다. 기체의 흐름은 압력이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 일어난다.

 2) 압력에 따른 기체 흐름에서 점성흐름은 대기압 또는 그 이상에서 기체의 누설로 프로브를 운영하는 기법에서 나타나며, 분자흐름은 진공시험 조건하에서 주로 발생하며, 전이흐름은 진공과 대기압 이상의 압력사이의 조건하에서 발생한다.