아낌없이 주는 나무

​

1. 계측기의 동작 특성 중 정특성에 속하지 않는 것은 ? [18-4]

    ① 감도          ② 직선성               ③ 과도 특성            ④ 히스테리시스 오차

​

[해설] 정특성에는 감도, 직선성, 히스테리시스 오차가 있고, 동특성에는 시간 지연, 과도특성이 있다.

​

2. 계측계에서 입력 신호인 측정량이 시간적으로 변동할 때 출력신호인 계측기 지시 특성을 나타내는 것은 ? [06-4, 14-4,

     17-2]

   ① 부특성          ② 정특성              ③ 동특성               ④ 변환특성

​

3. 프로세스의 특성 중 입력 신호에 대한 출력 신호의 특성으로서 시간 영역에서는 인벌류션 적분이고, 주파수 영역에서는

    전달함수와 관련된 특성은 ? [14-4. 15-2, 18-2]

    ① 외란            ② 정특성              ③ 동특성                ④ 주파수 응답

​

[해설] 계측기에서 입력계 신호인 측정량이 시간적으로 변동할 때 출력 신호인 계기 지시특성을 동특성이라 하며, 이 때

           출력 신호의 시간적인 변화 상태를 응답이라 한다.

​

4. 하중을 변위 또는 토크를 각 변위로 변환하는 경우 널리 쓰이는 변환기는 ? [11-4]

   ① 벨로우즈            ② 바이메탈             ③ 스프링                  ④ 부르동 관

​

[해설] 벨로우즈 (bellows0 : 기기의 일부분에 유연성, 밀봉성을 필요로 하는 경우에 사용되는 신축이음의 한 가지.

5. 다음 중 신호변환기의 기능이 아닌 것은 어느 것인가 ? [16-2, 20-4]

    ① 필터링            ② 비선형화             ③ 신호 레벨 변환               ④ 신호 형태 변환

​

6. 신호 변환기 중 전기 신호 방식의 특징이 아닌 것은 ? [19-4]

   ① 응답이 빠르고, 전송지연이 거의 없다.

   ② 전송거리의 제한을 받지 않고 컴퓨터와 결합이 용이하다.

   ③ 가격이 저렴하고 구조가 단순하며 비교적 견고하여 내구성이 좋다.

   ④ 열기전력, 저항 브리지 전압을 직접 전기적으로 측정할 수 있다.

​

[해설] 전기 신호 방식은 공기압식에 비해 가격이 비싸고, 내구성은 주의를 요하며, 보수에 전문적인 고도의 기술이

          필요하다.

​

7. 전기 자기적 현상들 중에 변위를 전압으로 변환시켜 주는 현상을 다음 중 무엇이라 하는가 ? [10-4]

    ① 압전 효과              ② 제베크 효과             ③ 광기전력 효과              ④ 광도전 효과

​

[해설] 석영과 같은 일부 크리스탈은 변위차에 의해 압력을 받으면 전압이 발생한다. 이를 압전효과라 한다.

​

10. 석영과 같은 일부 크리스탈은 압력을 받으면 전위를 발생시키는데 이를 무슨 효과라 하는가 ? [14-2]

    ① 열전 효과 (thermoelectric effect)                  ② 광전효과 (photoelectric effect)

    ③ 광기전력 효과 (Photovoltaic effect)              ④ 압전효과 (piezoelectric effect)

​

[정답]   1. ③          2. ③             3. ③           4. ③            5. ②             6. ③           7. ①          8. ④

​

9. 저항, 용량 또는 인덕턴스 등에 임피던스 소자를 이용하여 입력 신호를 전압, 전류로 변조 변환하는 방법이 아닌 것은

     어느 것인가 ? [15-4, 19-2]

    ① 전류 변환            ② 저항변환                ③ 인덕턴스 변환                ④ 정전용량 변환

​

[해설] 변조 변환 : 임피던스 소자가 들어 있는 전기회로에 일정 전압 또는 전류를 공급하여 이것을 입력 신호에 따른 임피

                             던스 변화에 의해 변조함으로써 입력 신호에 비례한 전압 · 전류의 변화로 변환한다. 종류에는 저항변환,

                             정전용량 변환, 인덕턴스 변환, 자기 변환이 있다.

​

10. 센서에서 입력된 신호를 전기적 신호로 변환하는 방법에 속하지 않는 것은 ? [18-2]

   ① 변조식 변환           ② 전류식 변환             ③ 작동식 변환               ④ 펄스 신호식 변환

​

11. 자장을 만들기 위하여 고정 코일에 전류를 공급하여 자장 내에 연철편에 전자력이 발생하도돌 한 계기는 ?

   ① 가동 코일형 계기        ② 가동철편형 계기           ③ 정전형 계기               ④ 정류형 계기

​

12. 다음 신호 변환기 중 저항변환 방식과 가장 거리가 먼 것은 ?

   ① 전위차계          ② 가변 저항기         ③ 저항 온도계            ④ 스트레인 게이지

​

13. 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하는 것을 무엇이라 하는가 ?

   ① D/A 변환기          ② A/D 변환기           ③ A/A 변환기           ④ D/D 변환기

​

14. 다음 중 공기압 신호와 전기 신호의 특징을 나열한 것 중 틀린 것은 ?

   ① 전기신호는 컴퓨터와의 결합성이 좋다.

   ② 공기압 신호는 전송시 전달 지연이 있다.

   ③ 전기 신호는 전송시 전달지연이 거의 없다.

   ④ 공기압 신호는 전기 신호에 비해 복잡한 연산을 빨리 처리할 수 있다.

​

15. 노이즈 발생을 방지하기 위한 노이즈 대책 중 정전 유도로 인한 노이즈 발생을 방지하는 대책은 ?

   ① 연선 사용        ② 관로 사용          ③ 필터 사용             ④ 실드선 사용

​

16. 다음 중 공정제어 방식의 종류로서 제어량(출력)을 입력 쪽으로 되돌려 보내서 목표값 (입력)과 비교하여 그 편차가

      작이지도록 수정동작을 행하는 제어는 ? [17-4]

   ① 비율제어        ② 속도 제어            ③ 피드백 제어             ④ 오버라이드 제어

​

[해설] 피드백 제어 : 피드백에 의하여 제어량과 목표값을 비교하여 그들이 일치되도록 정정 동작을 하는 제어

​

17. 다음 중 피드백 제어계에서 1차 조절계의 출력 신호에 의한 2차 조절계의 목표값을 변화시켜 실시하는 제어방법은 ?

       [13-1]

   ① 캐스캐이드 제어          ② 정치 제어           ③ 선택 제어               ④ 프로그램 제어

​

18. 다음 조절계의 제어 동작 중 비례 동작에 있어서 비례 게인 (Kc)과 비례대(PB)의 관계로 옳은 것은 ? [16-4]​

1. 센서와 신호 변환

​

가. 센서의 종류

  ▣ 액티브 센서

    ⊙ 대상물에 어떤 에너지를 의식적으로 주고 그 대상물에서 나오는 정보를 감지 또는 검지하거나 또는 주어진 에너지를

         대상물에서 정보 검지가 용이한 에너지로 변환하고 그 에너지를 정보로서 감지하는 기기이다. 대표적인 예로 레이저

         센서가 있다.

  ▣ 패시브 센서

    ⊙ 대상물에서 나오는 정보를 그대로 입력하여 정보를 감지하는 기기이다. 대표적인 예로 적외선 센서가 있다.

​

  ① 온도센서

    ▣ 대상물이 가지고 있는 온도의 정보를 감지하는 기기이다. 온도센서는 비접촉형 센서와 접촉형 센서가 있는데 전자는

         물체의 적의광을 수광하고 후자는 물체의 열을 직접 받는 것이다.

  ② 습도 센서

    ▣ 대상물이 가지고 있는 습도의 정보를 감지하는 기기이다. 습도 센서에는 습도에 의한 전기저항의 변화를 이용한 것.

         적외선의 흡수율 변화를 이용한 것 등이 있다. 간단한 구조의 습도 센서에는 어느 습도 이상이 되면 물질이 변색되는

         원리를 이용한 것도 있다.

  ③ 자기센서

    ▣ 자기의 정보를 감지하거나 대상물에 자기 에너지를 의식적으로 주고 그 자기 에너지를 정보로서 검출하는 기기이다.

         자기 센서에는 강재의 표면 흠집을 감지하는 자기탐상 센서, 자계를 검출하는 자기 센서 등이 있다.

  ④ 음파 센서

    ▣ 음파의 정보를 감지하거나 대상물에 음파 에너지를 정보로서 검출하는 기기이다. 음파 센서는 음파로서 인간이 가청

         한 음파, 인간에게 불가청한 초음파 · 초저음파 · 극초음파 등을 사용하고 있다. 또한 음파 센서에는 물체 내부의 결함

         검출에 사용되는 초음파 센서, 재료의 파괴 예지에 사용되는 AE 센서 등이 있다.

  ⑤ 마이크로파 센서

    ▣ 대상물에 마이크로파를 주어서 그 파를 정보로서 검출하거나 대상물에서 발생하는 마이크로파를 검출하는 기기이다.

         마이크로파는 전파의 주파수 구분 가운데 UHF (극초단파, 300 ~ 3,000 MHZ)를 가리킨다. 그러나 때에 따라서는

          VHF (초단파)나 SHF(극극 초단파)의 일부를 UHF에 포함하여 가리키는 경우도 있다.

  ⑥ 방사능 센서

    ▣ 대상물이 가지고 있는 방사능의 정보를 감지하는 기기이다. 방사능 센서는 방사선으로 X선, β선, γ선 등을 사용한다.

         대상물에 방사선을 투사하여 그 파를 정보로서 검출하는 형태에서 물체 내부의 결함 검출에 사용되는 X선 센서, 도금

         두께를 검지하는 β선 센서, 물체의 두께를 검지하는 γ선 센서 등이 있고, 대상물에서 발생하는 방사선을 검지하는 기

         기로서 원자력 발전소 부근의 방사능을 검출하는 방사능 센서, Ge를 사용한 센서, Si를 사용한 센서 등이 있다.

  ⑦ 압력센서

    ▣ 대상물이 가지고 있는 압력의 정보를 감지하는 기기로서 실리콘 압력 센서 등이 있다.

  ⑧ 속도센서

    ▣ 대상물의 속도 정보를 감지하는 기기이다. 속도 센서는 속도정보를 감지하기 위하여 대상물에 음파에너지나 마이크

         로파 에너지를 주고 그 음파 또는 마이크로파 에너지로 부터 속도의 정보를 검출한다.

  ⑨ 화학 센서 : 화학 반응 등의 수단을 사용하여 감지하는 기기이다.

  ⑩ 바이오 센서 : 대상물이 가지고 있는 정보를 주로 생물, 수용기 등 각종 생물의 매커니즘을 사용하여 감지하는 기기이

       다.

​

나. 센서용 재료

  ① 반도체 재료

    ▣ 센서로 응용되는 반도체 재료는 주로 광도전 재료, 예를 들면 Ag2S 등의 유화물, ZnO 등의 산화물이나 ZnSe 등의 센

         렌화물이 광전 재료로서 사용되며, 금속반도체로서는 Ge, Si, Se나 Te 등이 광 센서, 자기 센서, 온도 센서로 사용된

          다.

  ② 세라믹 재료

    ▣ 세라믹은 내열, 내식, 내마모성이 우수한 재료로서 센서용 재료로 이용하는 경우는 다음의 3가지 성질이 이용된다.

   ㉠ 결정자체의 성질을 이용한 것 : NTC 서미스터, 고온 서미스터, 산소 가스 센서 등

   ㉡ 입계 (粒界) 및 입자간 석출상의 성질을 이용한 것 : PTC 서미스터, 반도체 콘덴서, ZnO계 바리스터 등

   ㉢ 표면의 성질을 이용한 것 : 안정화 지르코니아, 티탄산바름 반도체, 산화주석(SnO2), CoO-MgO)계 고용체

  ③ 유기재료

    ㉠ 전계 감응 기능 (電界 感應 機能) : 전계 감응 기능에는 압전효과, 전기 광학 효과, 전기 화학반응 등이 포함된다.

      ⓐ 압전효과를 나타내는 고분자에는 폴리불화비닐리덴(PVDF) 이외에 폴리아크릴 니트릴, 아크릴 니트릴 등이 있다.

      ⓑ 유기 재료에 있어서 일렉트로크로미즘은 전기 화학 반응에 의해서 색의 변화를 가져 오며 비오로겐계 색소가 대표

            적이다.

    ㉡ 자계 감응 기능 : 자기 감응 효과로서는 제만 효과, 홀 효과, 조셉슨 효과 또는 자기 공명 흡수 등이 있으며 유기 재료

         로서 관계 깊은 것은 자기 공명 흡수이고 유기 재료 일반으로 인정된다.

    ㉢ 응력 감응 기능 : 압력과 왜형 등이 가해지면 여러 효과가 나오지만 대표적인 것은 가압 도전성이다. 이것은 압력에

              따라 전기저항이 절연 상태에서 수십 Ω 이하로 급속하게 가역적으로 변화하는 현상이다. 이와 같은 성질을 이용

              한 것은 가압 도전성 고무, 가압 도전성 시트 등이 있다.

    ㉣ 광 감응 기능 : 빛이 조사되었을 때 발생하는 변화를 이용하는 소자로서 유기반도체의 광도전 효과에서는 폴리비닐

             칼비졸 + 증감계가 사용되고, 집전 효과에서는 PVDF, TGS 또한 편광에서는 PVA/I​2 필름이 사용된다.

    ㉤ 온도 감응 기능 : 유기 반도체는 세라믹 반도체와 같은 온도 - 저항 특성 (NTC)을 나타낸다.

    ㉥ 분위기 감응 기능 : 가스 분자에 감응하는 유기 재료로서 β - 카로틴 박막은 산소 분자가 흡착하면 현저하게 저항이

                    변화(천배)한다.

​

  ④ 금속재료

    ㉠ 기능성 재료 : 센서의 트랜스듀서 기능을 담당하고 경우에 따라 액추에이터 기능 재료

    ㉡ 구성 보조 재료 : 기능성 재료의 기능을 위한 보조 기구 및 센서 구조에 필요한 보조 재료

    ㉢ 기구 · 보조 양용 재료

​

  ⑤ 복합 재료 (CM)

     ㉠ 압전성 복합 재료 : 압전 전성형 수중 마이크로폰, 악기용 픽업 (pick - up)이나 초음파 음장 센서에 응용되고 있다.

     ㉡ 도전성 고분자 복합 재료 : 도전성 (導電性) 고무가 많고 대부분이 실리콘 고무와 카본 블랙 또는 은 (Ag) 입자계이다.

          이 외에 전파 차폐 재료, 고온 송전 케이블 동피복 재료, 도전성 유지 강화 플라스틱 등의 응용이 있다. 가압 시에는

           그 부분만 도전성을 나타내는 가압 도전성 고무도 있다. 가종 압력 센서로 이용된다.

     ㉢ 바이메탈 : 열팽창 계수가 큰 금속과 작은 금속의 판을 접합시키면 온도 변화에 따라 변형 또는 내부 응력을 발생하므

           로 온도 센서가 된다. 바이메탈은 온도계나 텔레비전의 색 차이 방지용 온도좌상에 사용된다.

​

다. 신호변환

  ① 기계적 변환

    ㉠ 스프링 : 하중을 변위 또는 토크를 각 변위로 변환하는 경우 널리 쓰이는 변환기이다.

    ㉡ 벨로스, 다이어프램 및 부르동 관

      ⓐ 밸로스는 원통 내 · 외의 차압에 으해 축 방향으로 신축하여 변위로 변환된다. 일반적으로 벨로스와 다이어프램은

            비교적 낮은 압력 또는 차압의 측정에 사용된다.

      ⓑ 다이어 프램은 금속 또는 비금속의 탄성막이 있으며, 그 한쪽에 압력이 걸리면 변형하여 변위로 변환된다. 평평하고

           동심원상의 파형의 터를 만들어 변위를 확대하기도 하고 탄성막 자신의 탄성만이 아니고 스프링을 병용(倂用)하여

           하중의 대부분을 스프링에 걸리도록 특성을 개선하기도 한다.

      ⓒ 부르동 관은 타원형으로 굽어진 장원형 단면 (長圓形 斷面)의 관 끝부분을 고정하고 반대편 부분을 자유단으로 하여

            그 선단을 막은 것이다. 관 내에 압력을 가하면 자유단은 외측으로 이동하며 거의 일정한 직선상을 압력에 비례하

           여 움직인다. 비교적 높은 압력 측정에 쓰인다.

  ⓓ 바이메탈

     ▣ 유체나 고체의 열팽창을 이용하여 온도를 변위로 바꿀 수 있다. 고체의 열팽창을 이용한 것으로서 온도 계측 뿐만

          아니라 제어 계측에도 이용되는 바이메탈(bimetal)이 있다. 또한 액체의 열팽창을 이용한 것으로 유리관에 수은,

          알코올 등의 액체를 봉입하여 온도를 변위로 변환한 것에 유리 온도계가 있다.

  ⓔ 확대 변환기구 : 레버, 기어, 나사, 평행 박면

​

② 압력으로의 변환

  ㉠ 차압검출기구

    ▣ 유체의 동력학적 성질을 이용하여 유량 또는 유속을 압력으로 변환하는 변환기이다. 교축 기구는 유체가 흐르는 관로

         의 단면적을 좁게 한 장치로서 대표적인 것에는 오리피스(orifice), 노즐(nozzle), 벤투리(venturi) 관이 있다.

  ㉡ 압력식 온도계

    ▣ 일정 용기안에 충전한 유체의 압력이 열팽창에 의하여 변화하는 것을 이용하여 온도를 압력으로 직접 변환할 수

        있다.

  ㉢ 노즐 · 플래퍼 기구

    ▣ 고정 오리피스, 노즐 및 플래퍼로 구성되어 있다. 일정 압력원으로 부터의 공기류를 고정 오리피스를 거쳐 노즐과

         플래퍼의 틈 사이로 유도하면 플래퍼의 미소 변위에 따라 노즐의 배압이 크게 변한다.

  ㉣ 분사관

    ▣ 상하를 베어링으로 가볍게 지지한 분사관의 선단 (지름 1.2 ~ 2.5 ㎜)으로 부터 압유를 이것과 마주 놓인 두개의 구멍

         중앙에 있을 때는 두 압력은 같으나 입력 신호에 의하여 좌우 어느 쪽으로 미소 변위하면 한 쪽의 수류(受流) 구멍의

         유압이 다른 쪽 보다 상승하므로 이 때의 차압을 측정하면 변위를 알 수 있다.

​

  ③ 전기적 변환

    ㉠ 기초변환

      ▣ 측정량을 전기적인 신호로 변환하면 전달 · 확대 · 증폭하는데 편리하며 특히, 고속으로 변화하는 측정량을 측정할

            경우는 다른 변환에 비하여 응답 지연이 작으며 감도가 높으므로 원격 계측이나 자동 제어 등에 이용되고 있다.

            전기적 변환기를 크게 나누면 다음과 같다.

      ⊙ 측정량의 변화를 전기저항, 인덕턴스, 정전용량 등의 임피던스의 변화로 변환하는 것

      ⊙ 압전효과, 열전효과 등의 물리적 현상에 따라 발생하는 기전력으로 변환하는 것

      ⊙ 측정량의 크기에 대응하는 전압이나 전류의 펄스로 변환하는 것

    ⓐ 간단한 전기 계기

       ◈ 전기적인 양을 지시 또는 기록하는 계기를 전기 계기라 하며, 전기적인 양을 직접 힘으로 변환하여 지시하는 지시형

            전기 계기의 기본 구성 요소는 바늘 등의 가동부를 구동하는 구동 기구와 가동부를 특정의 위치로 정지시키는 제동

            기구 및 내부 변환 회로 등으로 구성되어 있다.

      ⊙ 구동장치

         전기적인 측정량, 즉 전압, 전류, 전력 등의 측정은 전기 자기적인 원리에 의하여 이들의 측정량을 힘으로 변환한다.

          힘을 발생하는 기구에 따라 가동코일형, 가동철편형, 유도형 및 전류력계형, 정전형 등이 있다. 이들 중에서 가장 많

           이 사용되는 계기로서 가동코일형과 가동철편형이 있다. 가동코일형은 정밀급에 널리 쓰이며 가동 철편형은 배전반

          용 계기로 널리 쓰인다. 가동 코일형은 가동 코일에 흐르는 전류와 고정된 영구자석에 의한 자계의 자속밀도와의 사

          이에 자굥하는 전자력을 이용한 것이다.

      ⊙ 전류, 전압 및 저항계

          가동코일형 계기는 전류계로 주로 사용되나 전압계로도 사용이 가능하다. 전압계로 사용하여 측정 범위를 확대시키

          기 위해서는 계기와 직렬로 적당한 저항을 삽입하면 된다. 이 때 사용되는 외부 저항을 배율기 (multiplier)라 한다. 회

          로망의 특정 부분의 저항을 구하기 위해서는 전류와 전압을 측정하고 옴(ohm)의 법칙을 이용하며, 계기를 회로에 연

          결시키는 방법은 두가지가 있으며 이것을 전압계 - 전류계 방법이라 한다. 두 가지 방법 중에서 선택은 내부저항과

           회로 저항의 상대적인 크기에 의해 정해진다.

   ⓑ 입력 회로의 기본

      ▣ 전류 감지 입력 회로

      ▣ 전압 감지 입력 회로

      ▣ 전압 분할 회로

      ▣ 전압 평형 전위차계 회로

      ▣ 브리지 회로 등

​

  ㉡ 변조 변환

     ▣ 저항, 용량 또는 인덕턴스 (Inductance) 등의 임피던스 (Impedence) 소자를 이용하면 입력 신호를 전압 · 전류로 변환

          할 수 있다. 즉, 임피던스 소자가 들어 있는 전기회로에 일정 전압 또는 전류를 공급하여 이것을 입력 신호에 따른 임

          피던스 변화에 의해 변조함으로써 입력 신호에 비례한 전압 · 전류로 변환한다.

    ⓐ 저항 변환

       입력 신호를 저항이나 전기 전도도 등의 도전성의 변화로 변환하고 이것을 전압이나 전류의 변화로 변환하는 변환기

       에는 가변저항, 스트레인 게이지 (strain gauge) 및 측온 저항체 등의 비교적 단순한 저항 소자가 있다.

     ⊙ 가변 저항기 (변위 → 전기저항) : 기계적인 선 변위 또는 회전각 변위를 저항으로 변환한 것으로 가변 저항기가 있다.

          온도계수가 작은 저항체의 표면에 접촉자를 이동시켜 저항 변화를 얻는다.

     ⊙ 저항선 스트레인 게이지 (힘 → 저항) : 저항선이 축방향으로 인장 또는 압축을 받으면 선의 길이와 단면적이 변화하

          여 저항값이 변화한다. 또 저항선의 고유저항 자체도 변화한다. 이것을 이용하여 힘에 의한 미소변위를 저항 변화로

          변환할 수 있으며 이와 같은 원리의 게이지를 스트레인 게이지라 한다.

      ⊙ 저항 온도계 (온도 → 저항) : 금속의 저항은 온도에 의해 변화하며 이것을 이용하여 온도 검출에 사용할 수 있다.

    ⓑ 정전용량 변환 (변위 → 정전용량)

         변위 등의 입력 신호를 정전 용량으로 변화시켜 전압이나 전류의 변화로 변환할 수 있다. 정전용량을 변화시키는

          방식에는 가변 면적식과 가변 간격식 그리고 가변 유전율식이 있으며 미소 치수 변화의 검출에는 가변 간격식을 많

          이 사용한다.

    ⓒ 인덕턴스 (변위 → 인덕턴스)

        입력신호로 코일의 자기 인덕턴스 또는 상호 인덕턴스를 변화시켜 이것을 전압, 전류로 변환할 수 있다. 인덕턴스를

        변화시키는 방법에는 코일 안에 코어 (Core)를 이동시키는 가변 철심형과 코어의 일부에 공극을 만들어 이를 변화시

         키는 가변 공극형이 있다. 따라서 이 변환기의 입력 신호는 변위 또는 힘이다.

    ⓓ 자기 변환 : 인덕턴스 변환기와 차이는 없으나 물성적인 효과를 이용하고 있다.

      ⊙ 자기 스트레인 변환기 : 자성체를 자화하면 그 치수가 변화하여 스트레인을 발생하고 또 역으로 자회된 재료에 외력

          을 가하여 스트레인을 일으키면ㅁ 자화특성이 변화하는 현상을 총칭하여 자기 스트레인 효과 (magneto - striction

          effect)라 한다. 자기 스트레인 재료로는 철, 니켈, 코발트 등의 금속이나 이들을 포함한 합금 또는 페라이트 등의 자

          성체 이며 큰 하중에 대해서는 규소 강관이 실용되고 있다.

      ⊙ 홀 효과 (hall - effect) 변환기 : 게르마늄, 실리콘, 인듐 - 안티몬, 인듐 - 비소 등의 반도체로 만들어진 편상편의 한쪽

           끝에 전류 I를 흐르게 하고 이 전류와 직각으로 전압단자를 설치한다. 여기서 직각으로 자계를 걸면 반도체 내부의

           반송자가 수평으로 이동하여 전압단자에 홀 전압이 발생하는 현상을 말한다.

     ※ 홀효과 · 홀전압 : 도체에 전류가 흐르게 되면 자유전자는 전류의 반대 방향으로 이동한다. 이 도체에 자기장을 가하

             거나 접근 시키면 홀 효과 (hall effect)에 의해 이동하던 자유전자가 플레밍의 왼손법칙과 로렌츠의 힘을 받고 이동

              방향이 휘게 된다. 또한 홀 효과에 의해 전위차가 발생하게 되고 이로 인해 도체에 홀 전압 (hall voltage)가 형성된

              다. 전류의 이동방향이 바꾸거나 자기장의 방향이 바뀌면 홀효과와 홀전압의 방향도 바뀌게 된다. 홀효과와 홀전

              압은 자기장의 세기가 클수록 커지며 홀전압에 의한 전기장과 자기장의 힘이 서로 평형이 될 때 까지 전하가 쌓이

              게 된다.

​

    ㉢ 직동 변환

     ▣ 여러가지 입력 신호를 이에 비례하는 전압 또는 전류의 변화로 직동적으로 변환하는 경우 물리법칙이나 물리 효과를

          이용한다. 대표적인 예로는 전자 유도 작용, 압전 효과, 열전효과 등이 있으며 이들은 전원이 필요 없고 측정량 자체

          에 의해 전압을 발생하므로 기전력 변환이라 한다.

      ⓐ 전자유도 변환기 : 자계 안에 코일을 놓고 이 코일 안을 통과하는 자속을 변화시키면 자속의 변화량에 비례하는 전압

           이 발생되며, 이 때 코일 양단에 적당한 전기적 부하를 접속시키면 전류가 흐르고 측정량을 전류로 변환할 수 있다.

      ⓑ 압전효과 변환기 : 어떤 종류의 결정체로 부터 잘라낸 판상의 작은 조각에 특정 방향으로 부터 힘을 가하면 결정의

           전기축에 직각인 판의 표면에 압력에 비례한 전하가 발생되는 현상을 말하며 수정, 로셀염, 티탄산바륨 등이 널리

           쓰이고 있다.

     ⓒ 열전 효과 변환기 : 서로 다른 2종의 금속, 합판, 반도체 선의 양단을 연결하여 회로를 만들고 두 개의 접점 간에 온도

          차를 주면 회로에 기전력이 발생하는 현상으로 제베크(seebeck) 효과라 한다.

​

    ㉣ 광학적 및 기타의 변환

       ⓐ 빛으로의 변환 : 여러 물체의 광학적인 성질을 이용하여 입력 신호를 빛의 강도로 변환할 수 있다.

       ⓑ 빛의 전기적 변환 : 물질이 빛을 흡수하여 자유전자를 발생시켜 기전력이 발생하거나 또는 전도도가 증가하거나 하

            는 현상을 광전 효과라 하며, 광도전 효과와 광기전력 효과 등으로 나눌 수 있다.

       ⓒ 기타 변환

           ⊙ 시간 변환 : 초음파는 예민한 지향성을 가지고 있으며 물질의 경계면에서 반사하는 성질이 있다. 이것을 이용하여

                                 초음파 펄스를 피측정물 내에 발사하고, 이것이 피측정물 내의 경계면, 결함 등에서 반사하여 돌아오

                                  는 시간으로 부터 거리를 알 수 있다.

          ⊙ 주파수 변환 : 발신기로 부터 피측정물 내에 보내지는 초음파의 주파수를 변화시켜 가면 피측정물의 두께가 바로

                                  반 파장의 정수배일 때 입력파와 반사파가 겹쳐서 정상파가 생긴다. 이 점이 공진점이며, 이것을 이용

                                   하여 피측정물의 두께를 주파수로 변환할 수 있다.

          ⊙ 온도 변환 : 가는 금속선에 전류를 흐르게 하면 발열하여 열선으로 된다. 여기서 바람이 가해지면 열 발산이 증가

                                  하여 온도가 변화한다. 즉, 송풍이 온도로 변환된 것이다. 온도가 변하면 열선의 저항이 변하므로 이

                                  것을 측정하여 온도의 변화, 즉 풍속의 크기를 알 수 있다.

​

2. 프로세스 제어

가. 피드백 제어의 기초

  ① 제어계의 구성

    ▣ 피드백 제어란 「피드백에 의하여 제어량과 목표값을 비교하고 그들이 일치되도록 정정 동작을 하는 제어」 를 말한다.

         프로세스 제어에서의 제어량은 검출부에서 검지하여 프로세스 변량 (PV : Process variable)으로서 조절계에 가한

         다. 조절계는 설정값 (SV : setting value)과 비교하여 편차를 조절부에서 연산하여 조작 신호 (MV : manipulate

          variable)로 조작부에 상당하는 조절 밸브에 가한다. 조절밸브는 조작신호에 따라 개폐하여 조작량을 조정한다. 이에

         의하여 외란이 생긴 제어편차를 정정한다.

    ⓐ 블록 : 입 · 출력 사이의 전달 특성을 나타내는 신호 전달 요소로 4각의 블록과 화살표선을 가지고 있다.

    ⓑ 가산점 : 신호의 부호에 따라 가산을 한다. 따라서 신호의 차원은 일치되어 있어야 한다.

    ⓒ 인출점 : 신호의 분기를 말한다.

​

   ㉡ 전달함수 : 신호 전달 요소를 표현하는 것으로서 보통 전달함수 (transfer function)가 사용되며 라플라스 변환에 의하

                         여 정의된다. 즉, 전달 요소 입력 신호 x(t) 및 출력신호 y(t)의 초기값을 0으로 했을 때의 라플라스 변환을

                         각각 X(s), Y(s)라 하고 그 입 · 출력의 신호의 비 Y(s) / X(s)를 G(s)로 표시하며, 이 G(s)를 전달함수라고

                          한다.

   ㉣ 과도 응답

      입력 신호가 어떤 정상 상태에서 다른 상태로 변화했을 때 출력 신호가 정상 상태에 도달하기 까지의 특성을 과도 특성

      이라고 하며 과도 응답 (transient response)으로 표시한다. 과도 응답을 얻기 위한 입력 신호에 의하여 스텝 응답 (step

       response), 임펄스 응답(impulse response), 램프 응답 (ramp response) 등이 있으며 단위 스텝 신호 v(t)를 가했을 때

       의 스텝 응답은 많이 사용된다.

   ㉤ 주파수 응답

      라플라스 변환에 의하여 전달 요소의 과도 응답이 구해지면, 전달요소의 주파수 응답(frequency response)을 아는 것도

       중요하다. 정현파 입력 신호를 가한 경우 정상 상태에서 출력 신호의 입력 신호에 대한 진폭비 (gain) 및 위상 지연이

       입력신호의 주파수에 의하여 변화하는 특성을 주파수 특성이라고 하며 주파수 응답에 의하여 표시한다. 주파수 특성

       을 표시하는 것으로서 주파수 전달함수가 사용되며 주파수 전달함수는 전달함수의 s를 jω로 대체함으로써 얻을 수

        있다.

​

  ③ 피드백 제어와 안정성

    ㉠ 1차 전달함수의 게인

      ▣ 조절계의 게인을 충분히 크게 하면 제어량은 목표값과 일치되며 외란의 영향은 0이 된다. 그러나 실제로는 프로세스

           의 지연 때문에 조절계의 게인을 충분히 올리 수 없는 경우가 많고 안정성이 문제가 된다. 제어량이 감쇠 진동을 하

           는 경우를 안정, 일정 진폭의 지속 진동을 하는 경우를 안정한계, 발산 진동을 하는 경우를 불안정이라 한다.

    ㉡ 게인 여유와 위상 여유

      ⓐ 게인 여유 (GM : gain margin) : 위상이 -180°가 되는 주파수에서의 게인이 1에 대하여 어느 정도 여유가 있느지를 표

           시하는 값이다.

      ⓑ 위상 여유 (PM : phase margin) : 게인이 1이 되는 주파수에서의 위상이 -180 ° 에 대하여 어느 정도의 여유가 있는지

           를 표시하는 값이다.

나. 프로세스 특성

  ① 프로세스의 자유도, 제어량 및 조작량

    ▣ 평형 상태에 있는 프로세스에서 서로 독립적으로 변화시킬 수 있는 프로세스 변수의 개수를 프로세스의 자유도라고

          한다.

  ② 프로세스 특성

    ㉠ 정특성 (static characteristic)

      ▣ 입력 신호에 여러가지 크기의 스텝 신호를 가했을 때 정상 상태의 특성을 말한다. 자기 평형성의 어떤 프로세스에서             는 조작량의 크기에 대한 제어량의 크기를 나타내는 성질, 즉 프로세스의 정(靜) 게인을 말한다. 조작량 · 제어량은

            반드시 같은 차원이 되지 않으며, 이 경우 전달요소가 차원을 가지게 된다.

    ㉡ 동특성 (dynamic characteristic)

      ▣ 입력 신호 x(t)에 대한 출력 신호 y(t)의 특성으로 시간 영역에서는 인벌류션 적분이고, 주파수 영역에서는 전달함수

           또는 주파수 전달함수로 관련 지을 수 있다.

    ㉢ 외란 (disturbance)

      ▣ 프로세스에는 제어계의 상태를 문란하게 하려는 외적 작용, 즉 외란이 존재한다. 외란은 들어 오는 장소, 크기, 형태

           등 여러가지이며, 프로세스의 입력신호에 가해지는 단위 스텝 신호로 대표되는 수가 많다.

  ③ 프로세스 모델

    ㉠ 비례요소 : 관로 속에 흐르는 액체는 관성에 의한 지연을 무시하면 비례요소 (Proport ional control element) 로 볼수

                          있다. 단위량 만큼 밸브 개도를 바꾸었을 때 유량의 변화량 k가 비례 게인이다.

    ㉡ 불감시간 요소

      ⓐ 밸트 컨베이어의 예를 보면 불감 시간 요소 (dead time element)를 가진 호퍼의 출구와 평량기까지의 거리를 ℓ, 컨베

           이어의 속도를 v라 하면 분체가 잘라지기 시작하여 평량되기 까지의 시간은 ℓ/v이다. 이것을 불감시간 (dead time)이

           라 하고 통상 L로 표시하며, 불감시간 L의 라플라스 변환은 e-Ls 이다.

      ⓑ 게인은 주파수에 관계없이 항상 일정하고, 위상은 주파수와 함께 한없이 지연되며, 불감시간요소는 제어가 곤란하

            다.

   ㉢ 적분요소

     ⓐ 정량 유출 탱크의 액위계는 적분요소 (integral element)의 프로세스이다.

     ⓑ 전달함수로 표시하면 다음과 같다.​

    ⓒ 스텝응답에서 t=0에서 응답 곡선에 접선을 그리고, 그것이 최종값에 도달하기까지의 시간이 시정수 T가 된다. 또한

         시정수 T를 경과했을 때의 값은 최종 도달값의 63.2%가 된다.

    ⓓ 게인은 ωT= 1 의 주파수를 절점 주파수로 하고 그 보다 낮은 주파수에서의 점근선은 게인이 일정한 직선이며, 그 보

         다 높은 주파수에서는 -20dβ/dec 의 점근선에 따라 저하한다. 점점 주파수에서의 게인은 -3dβ이다. 위상은 절점 주파

         수에서 45° 늦고 주파수와 함께 90° 지연에 접근한다.

    ⓒ 2차 지연계의 스텝 응답에서 2차 이상의 지연계가 되면 t=0에서의 상승 경사는 0이 되며 도중에 변곡점을 가지고 있

          으므로 이미 지연을 단일의 시정수로 표시할 수는 없다. 게인도에서는 1/T1가 1/T2의 주파수에 절점이 있으며 주파

          수가 높은 쪽의 절점을 초과하면 점근선은 2 × 90° = 180° 까지 지연된다.

  ㉥ 고차 지연계

     ⓐ 1차 지연계가 다수 직렬로 접속된 계를 고차 지연계라 한다.

     ⓑ 지연의 차수가 증가될 수록 상승이 시작되기 까지의 시간이 길어지며 불감 시간요소가 가해진 것 같은 특성을 나타

          낸다.

     ⓒ 고차 지연계의 특성을 변곡점에서 접선을 그리고 '불감 시간 + 시정수'로 근사시키는 것은 많이 실시되고 있다. 이 때

         의 불감시간을 등가 불감시간, 시정수를 등가 시정수라고 하며 이것을 전달함수로 표시하면 다음과 같다.​

  ② 복합 루프 제어계

     ▣ 피드백 제어계에서 하나의 제어 장치 (1차 조절계)의 출력 신호에 의하여 다른 제어장치 (2차 조절계)의 목표값을 변

          화시켜 실시하는 제어를 캐스케이드 제어 (cascade control)라고 한다.

    ㉠ 캐스케이드 제어

      ▣ 종합부의 캐스케이드 제어 예를 보면 온도 유량 제어계 만큼 1차와 2차의 사이에 고유주기의 차가 없으므로 2차 조

           절계는 비례 제어를 주체로 해서 제어계의 응답을 될 수 있는 한 빨리 한다. 또 2차 제어계에 비선형이 있으면 1차 제

           어계의 1차 전달함수의 게인이 변동하여 바람직하지 못하다.

    ㉢ 선택제어

      ▣ 선택 제어계는 측정값의 선택제어와 하나의 조작량에 대하여 제어량이 다른 두 개의 조절계의 출력을 선택하여

           제어하는 오버라이드 제어가 있다.

​

다. 시퀀스 제어

  ① 시퀀스 제어의 종류 : 시퀀스 제어 (sequence control)는 다음의 2가지로 분류된다.

    ㉠ 프로그램 제어 (공정형) : 미리 정해진 프로그램(공정)에 따라 제어를 진행해 나간다.

    ㉡ 조건 제어 (감시형) : 내부 · 외부 상태를 감시하고 그 조건에 따라 제어를 행한다. 프로그램 제어의 예로서는 전자동

         세탁기를 들 수 있다. 조건 제어의 예로서는 엘리베이터가 여기에 해당한다. 프로세스 제어에 있어서 시퀀스 제어는

         프로그램 제어와 조건제어가 혼재되어 있는 경우도 많다.

  ② 시퀀스 제어의 기술 방식

    ⓐ 릴레이 회로 (relay circuit) : 시퀀스 제어 회로는 오래 전부터 릴레이, 타이머 등을 사용해서 실현되어 왔으므로 그 릴

         레이 회로도가 기술 형식으로서 사용되고 있다.

    ⓑ 논리회로 (logic circuit) : 논리 기호를 사용해서 기술한 것으로 회로의 기호는 KS 등에서 규정된 것이 사용되고 있다.

    ⓒ 플로 차트 (flow chart) : 컴퓨터 프로그램 작성과 같이 플로 차트를 사용해서 기술한 방식이다.

    ⓓ 타임 차트 (time chart) : 시간의 추이에 따라 시퀀스 제어기 사이의 상호 동작을 그림으로 나타내는 방식이다.

    ⓔ 디시전 테이블 (decision table) : 조건과 그에 대응하는 조작을 테이블상에 매트릭스형으로 표시하는 방식이다.

    ⓕ 동작 (motion diagram) : 스텝의 진행에 따라 시퀀스 제어기의 동작 상태를 그림으로 나타내는 방식이다.

​

#마이크로파 #센서 #세라믹 #서미스터 #티탄산바륨 #벨로스 #다이어프램 #부르동 #자이로스코프 #바이메탈 #피드백제어 #블록선도 #불감시간 #비례제어 #비례적분제어 #시퀀스제어 #릴레이회로 #플로차트 #히스테리시스 #캐스케이드 #지연요소

​

[해설] 슈테판 - 볼츠만의 법칙 : 흑체는 절대온도의 4승에 비례하는 방사에너지를 방사한다.

        W = σ T4 [W/㎡]

         여기서, W : 흑체의 전방사 에너지, T : 절대온도, σ : 5.67 × 10-8 [W/㎡ K4]

​

13. 측정 물체와 비접촉 방식으로 온도를 측정하는 온도계는 ? [09-4, 10-4, 18-1]

   ① 압력식 온도계      ② 열전온도계         ③ 저항온도계         ④ 방사온도계

​

[해설] 액체 봉입 유리 온도계, 압력온도계, 저항 온도계, 열전 온도계는 접촉식 온도계이고, 광고온계와 방사온도계는 비접

          촉식 온도계이다.

​

14. 온도를 측정할 수 없는 것은 ? [20-3]

   ① 적외선 센서         ② 방사온도계          ③ 서머커플 센서            ④ 자이로스코프 센서

​

[해설] 자이로스코프 : 회전 속도 또는 각속도의 기계적인 검출은 원심력을 이용하여 하중이나 변위로 변환하는 방법과

                                   자이로스코프 (gyroscope)에 의하여 검출하는 방법 등이 있다. 이 원리는 질량 유량계에도 채용된다.

​

15. 온도 변환기의 요구 기능으로 적절하지 않은 것은 ? [21-1]

   ① 입출력 간은 직류적으로 절연되어 있어야 할 것

   ② 외부의 노이즈(noise) 영향을 받지 않는 회로일 것

   ③ 입력 임피던스가 낮고, 장거리 전송이 가능할 것

   ④ 주위 온도 변화, 전원 변동 등이 출력에 영향을 주지 말 것

​

[해설] 온도 변환기의 요구 기능

   ㉠ mV 레벨 신호를 안정하게 높은 레벨가지 증폭할 수 있을 것

   ㉡ 입력 임피던스 (Impedance)가 높고, 장거리 전송이 가능할 것

   ㉢ 온도와 열전대의 열기전력 관계 또는 온도와 측온 저항체의 저항값 변화에서 생기는 비직선 특성을 보정하여 온도와

         출력 신호의 관계를 직선화 시킬 수 있는 리니어라이저(linear riser)를 갖고 있을 것

   ㉣ 외부의 노이즈 (noise) 영향을 받지 않는 회로일 것

   ㉤ 주위 온도 변화, 전원변동 등이 출력에 영향을 주지 말 것

   ㉥ 입출력 간은 직류적으로 절연되어 있어야 할 것

​

16. 다음 중 절대압력으로 맞는 것은 ? [13-4]

   ① 게이지압       ② 대기압 + 게이지압       ③ 대기압 + 차압           ④ 차압

​

[해설] 절대압력은 대기압 + 게이지압이다.

​

[정답] 12. ④    13. ④      14. ④      15. ③         16. ②

​

17. 다음 중 압력을 측정하기 위한 센서가 아닌 것은 ? [14-4, 19-1]

   ① 압전형 센서     ② 초음파형 센서     ③ 정전용량형 센서     ④ 스트레인 게이지형 센서

​

[해설] 압력 센서의 종류 : 정전용량형, 반도체 왜형 게이지식, 피라니 게이지, 열전자 진리 진공계, 스트레인 게이지, 로드셀

           등이 있다.

​

18. 다음 중 압력 센서가 아닌 것은 어느 것인가 ? [11-4, 16-4]

   ① 부르동 관        ② 벨로우즈        ③ 도플러 레이더          ④ 반도체 압력 센서

​

[해설] 도플러 레이더 센서는 속도 센서이다.

​

19. 다음 중 탄성식 압력계에 속하지 않는 것은 ? [12-4, 15-2, 18-2]

   ① 압전기식        ② 벨로스식       ③ 부르동식            ④ 다이어프램식

​

[해설] 압전기식은 전기식 압력계에 속한다.

​

20. 자계의 방향이나 강도를 측정할 수 있는 자기 센서는 ? [08-4, 12-4, 16-2]

   ① 포토 다이오드 (photo diode)    ② 서미스터 (thermistor)   ③ 서모파일 (thermopile)    ④ 홀 센서 (hall sensor)

​

21. 도전성의 물체가 자계 속을 움직여 발생하는 기전력을 이용하여 도전성 유체의 유량을 측정하는 유량계는 ?

      [07-4, 16-2]

   ① 전자 유량계      ② 와류식 유량계          ③ 초음파식 유량계        ④ 정전용량식 유량계

​

[해설] 도전성의 물체가 자계 속을 움직이면 기전력이 발생한다는 페러데이 (faraday)의 전자유도 법칙을 이용하여 도전성

           유체의 유속 또는 유량을 구하는 것을 전자 유량계 (electromagnetic flowmeter)라 한다.

​

22. 전자유량계에서 도전성 유체가 흐르는 측정관을 직각으로 지나는 자계를 주면, 각기 직교하는 방향으로 비례하는

       기전력이 발생하는데, 이 때 기전력의 발생 방향은 어느 법칙에 따르는가 ? [16-4]

   ① 렌츠의 법칙      ② 페러데이 법칙        ③ 플레밍의 왼손 법칙            ④ 플레밍의 오른손 법칙

​

[해설] 도전성 유체가 흐르는 측정관을 직각으로 지나는 자계를 주면 각기 직교하는 방향으로 비례하는 기전력이 발생한다.

           기전력의 발생 방향은 플레밍의 오른손 법칙에 따른다.

​

23. 다음 중 일명 PD (positive displacement flowmeter)라고도 부르며 오벌 기어형과 루츠형이 대표적인 유량계는 ? [16-4]

   ① 용적식 유량계        ② 전자식 유량계          ③ 면적식 유량계         ④ 차압식 유량계

​

[해설] 용적식 유량계 : 유체의 흐름에 따라 회전하는 회전자 (또는 왕복하는 운동자)로 케이스 사이의 공극 (계량실)에 유체

                                    를 연속적으로 취입해서 송출하는 동작을 반복하여 회전자의 운동횟수로 유량을 구하는 것이다.

                 Qv = kN

                  여기서, Qv : 용적 유량, k : 회전자 1회전 때의 토출량, N : 회전자의 회전수

​

[정답]  17. ②       18. ③       19. ①        20. ④         21. ①          22. ④            23. ①

​

24. 유체의 흐름에 따라 회전하는 회전자로 케이스 사이의 공극에 유체를 연속적으로 취입해서 송출하는 동작을 반복하여

      회전자의 운동횟수로 유량을 측정하는 유량계는 ?   [10-4, 15-4, 17-2]

   ① 노즐 유량계       ② 전자유량계          ③ 용적식 유량계           ④ 초음파식 유량계

​

[해설] 용적식 유량계 : 유입구와 유출구 사이에 유체가 흐르고, 흐름에 따라 계량실에 있는 회전자가 회전하므로 회전수를

                                    계측하여 유량을 측정한다.

​

25. 차압식 유량계에 이용하는 차압 기구에 속하지 않는 것은 ? [14-2. 18-4]

   ① 노즐           ② 오리피스           ③ 벤츄리관               ④ 로터미터

​

26. 다음 중 차압기구인 오리피스에서 차압을 뽑아내는 방식이 아닌 것은 ? [17-2]

   ① 코너탭 (corner tap)         ② 플랜지 탭 (flange tap)        ③ 축류 탭 (venna tap)       ④ 벤츄리 탭 (ventur tap)

​

27. 다음 중 관로에서의 유량 측정 방법이 아닌 것은 ? [12, 15-2]

   ① 노즐(nozzle)       ② 오리피스 (Orifice)       ③ 피에조미터 (piezometer)        ④ 벤투리미터 (venturi meter)

​

[해설] 피에조 미터는 정압 측정 장치이다.

​

28. 측정대상에 제한없이 기체 · 액체의 어느 것도 측정할 수 있으며, 유체의 조성 · 밀도 · 온도 · 압력 등의 영향을 받지

       않고 유량에 비례한 주파수로서 체적 유량을 측정할 수 있는 유량계는 ?

   ① 터빈식 유량계        ② 용적식 유량계       ③ 와류식 유량계        ④ 면적식 유량계

​

[해설] 와류식 유량계 (vortex flow meter)는 측정 대상에 제한없이 기체 · 액체의 어느 것도 측정할 수 있으며, 유체의 조성 ·

          밀도 · 온도 · 압력 등의 영향을 받지 않고 유량에 비례한 주파수로서 체적 유량을 측정할 수 있다. 그러나 공통적으로

           깨끗한 유체가 바람직하므로 필요에 따라 스트레이너 설치 등의 배려가 필요하다.

​

29. 유체의 흐름 속에 날개가 있는 회전자를 설치하고, 유속에 따른 회전자의 회전수를 검출해서 유량을 구하는 것은 ?

       [07-4, 11-4, 13-4, 14-4, 19-4]

   ① 와류식 유량계     ② 터빈식 유량계        ③ 전자식 유량계         ④ 면적식 유량계

​

[해설] 터빈식 유량계 : 유체의 흐름속에 날개가 있는 회전자 (rotor)를 설치해 놓으면 유속에 거의 비례하는 속도로 회전한

                                    다. 그 회전수를 검출해서 유량을 구하는 유량계이다.

​

[정답]    24. ③      25. ④          26. ④        27. ③        28. ③           29. ②

​

30. 일반적인 터빈식 유량계의 특징으로 틀린 것은 ? [19-2]

   ① 내구력이 있고 수리가 용이하다.

   ② 용적식 유량계 보다 압력 손실이 적다.

   ③ 용적식 유량계에 비해서 대형이며, 구조가 복잡하고 비용이 많이 소요된다.

   ④ 고온 · 저온 · 고압의 액체나 식품 · 약품 등의 특수 유체에 사용된다.

​

[해설] 용적식 유량계 : 유입구와 유출구 사이에 유체가 흐르고, 흐름에 따라 계량실에 있는 회전자가 회전하므로 회전수를

                                    계측하여 유량을 측정한다.

​

31. 다음 중 면적식 유량계의 특징으로 틀린 것은 ? [19-4]

   ① 압력손실이 크고, 전후의 직관부가 필요하다.

   ② 기체, 액체를 측정할 수 있고, 부식성 액체도 가능하다.

   ③ 액체 중에 기포가 들어가면 오차가 생기므로 기포 빼기가 필요하다.

   ④ 유리관식은 기계적 강도, 내충격성이 약하므로 배관의 무게를 직접 받지 않고 유체가 역류되지 않도록 주의해야 한다.

​

[해설] 면적식 유량계 : 압력 손실이 작다.

​

32. 다음 중 초음파 레벨계의 특성이 아닌 것은 ? [15-4]

   ① 온도 보정이 필요없다.                                  ② 비접촉식 측정이 가능하다.

   ③ 소형 경량이고 설치 및 운전이 간단하다.     ④ 기동부가 없고 점검 및 보수가 가능하다.

​

[해설] 초음파 레벨계에서 음파의 전파속도가 온도에 의해 현저하게 변하는 경우에는 보정이 필요하다.

​

33. 리드 스위치식 레벨 센서의 종류 중 범용으로 사용되고 다점 제어가 가능하고 동작이 안정적이며 값이 저렴하여 자동

       판매기, 차량용, 보일러, 가습기 등의 용도로 사용되어 지는 것은 ? [17-4]

   ① NC형         ② 기억형           ③ 쇼트 히스테리시스형             ④ 와이드 히스테리시스형

​

[해설] 리드 스위치식 레벨 센서의 종류와 특징

36. 다음 중 각도 검출용 센서가 아닌 것은 어느 것인가 ? [16-4]

   ① 리졸버       ② 포지셔너         ③ 포텐쇼미터         ④ 로터리 인코더

​

[해설] 포지셔너는 조절 신호를 설정값으로 하고 구동축의 위치를 측정값으로 하여 구동부에 출력을 조절하는 비례 조절기

          라고 볼 수 있다.

​

37. 회전축에 설치한 슬릿 원판을 광원과 수광기 사이에 회전시키고 슬릿 사이로 통과하는 빛을 감지하여 서보 모터의

      회전각을 측정할 때 사용되는 것은 ?

  ① 인코더 (encoder)      ② 포지셔너 (positioner)     ③ 서보형 센서    ④ 포토(photo) 다이오드

​

[해설] 인코더 : 회전각 측정용 센서이다.

​

38. 다음 중 광학식 인코더의 내부 구성요소가 아닌 것은 ?

   ① 발광부         ② 고정판          ③ 회전원판              ④ 리졸버

[해설] 리졸버 : 위치나 속도 검출 센서이다.

​

39. 회전속도 또는 각속도를 검출 가능한 것은 무엇인가 ?

   ① 플래퍼       ② 바이메탈       ③ 오리피스         ④ 자이로스코프

​

[해설] 자이로스코프 : 회전속도 또는 각속도의 기계적인 검출은 원심력을 이용하여 하중이나 변위로 변환하는 방법과 자이

                                   로스코프 (gyroscope)에 의하여 검출하는 방법 등이 있다. 이 원리는 질량 유량계에도 적용된다.

​

40. 다음 중 회전 속도계를 의미하는 것은 무엇인가 ? [14-2, 18-1]

  ① 로드 셀 (load cell)     ② 서미스터 (thermistor)       ③ 타코미터 (tachometer)     ④ 퍼텐쇼미터 (potentiometer)

​

[정답]   34. ④     35. ②         36. ②      37. ①        38. ④       39. ④        40. ③

​

41. 근접 센서의 종류가 아닌 것은 ? [08-4]

   ① 유도 브리지 (bridge)형     ② 자기형       ③ 정전용량형    ④ 로터리 엔코더 (rotary encoder)형

​

42. 서보 모터에 사용되고 있는 회전속도 검출기로 적당하지 않은 것은 ? [08-4]

   ① 태코 제너레이터     ② 인코더        ③ 리졸버         ④ 로드셀

​

[해설] 로드셀은 스트레인 게이지를 붙여 사용하기 곤란한 경우에 범용적으로 사용하기 위해 제작된 물체 중량을 측정하는

           변환기이다.

​

43. 회전체의 회전수를 측정하는 방법 중 자속 밀도의 변화를 이용하여 펄스 모양의 전압 신호를 인출하는 것으로, 내구성

       이 우수하고 전원을 필요로 하지 않는 특징이 있는 측정법은 ? [14-4, 19-4]

   ① 주파수 계수법          ② 전자식 검출법         ③ 광전식 검출법           ④ 회전주기 측정법

​

[해설] 펄스 출력형 검출기 : 검출 방식으로 전자식과 광전식이 있다. 전자식 검출법은 자성체인 기어 모양의 원판의 회전에

                                             따라서 철심과 기어의 치면 사이의 자기저항이 주기적으로 변화하므로 잇수에 비례한 펄스 모

                                             양의 전압 신호가 검출 코일에 발생한다. 정지에 가까운 자속에서는 출력 전압이 감소하므로

                                             저속 회전의 검출은 할 수 없다.

​

44. 회전체의 회전수를 측정하는 방법 중 정지에 가까운 저속에서는 출력 전압이 감소되므로 저속 회전의 검출은 할 수 없

      지만 내구성이 우수하고 별도의 전원이 필요치 않는 측정법은 무엇인가 ? [07-4]

   ① 회전주기 측정법      ② 주파수 계수법        ③ 전자식 검출법           ④ 광전식 검출법

​

[해설] 광전식 검출법 : 광원과 포토트랜지스터 등의 광전 변환 소자를 사용하여 회전수를 펄스수로 변환시키는 방법이다.

                                    광전 검출소자로서 광원에는 발광 다이오드나 통상의 펌프가 사용되며, 수광소자에는 포토 트랜지

                                    스터 등이 사용된다. 측정 축에 비접촉으로 회전수를 검출할 수 있으므로 고속 회전수의 검출에

                                    사용된다.

​

45. 회전체에 반사 테이프를 부착하고 초점 조정이 용이한 적색 가시광의 LED를 광원으로 이용하여 그 반사광을 검출한

      후 신호를 변환시켜 회전주기의 역수로 회전수를 구하는 회전계는 ? [12-4, 15-4, 18-4]

   ① 광전식 회전계      ② 자기식 회전계         ③ 전자식 회전계           ④ 접촉식 회전계

​

46. 회전수 계측법 중 전자식 검출법에 대한 설명으로 틀린 것은 ? [15-2]

  ① 전원이 필요 없다.    ② 내구성이 우수하다.    ③ 정지에 가까운 자속에도 좋다.    ④ 자속밀도의 변화를 이용한다.

​

[해설] 정지에 가까운 저속에서는 출력 전압이 감소되므로 저속 회전의 검출은 할 수 없다.

​

47. 회전수를 측정하기 위한 방법이 아닌 것은 ? [09-4, 11-4, 20-4]

   ① 초음파를 이용한 측정법               ② 반사 테이프를 이용한 광학 측정법

   ③ 자속 밀도 변화를 이용한 전자식 측정법

   ④ 회전주기를 측정하고 역수로 회전수를 구하는 측정법

​

[해설] ㉠ 펄스 출력형 검출기 : 회전체의 회전수에 비례한 전기 펄스수 (주파수)의 신호를 인출하는 검출기이다. 그 대표적

                                                 인 검출방식으로 전자식과 광전식이 있다.

          ㉡ 디지털 계수식 회전계 : 펄스수(주파수) 계수방식, 회전 주기 측정방식

​

[정답]   41. ④      42. ④         43. ②        44. ④        45. ①        46. ③        47. ①

​

48. 비접촉형 퍼텐쇼미터의 특징으로 틀린 것은 ? [18-2]

   ① 섭동 잡음이 전혀 없다.           ② 고속 응답성이 우수하다.

   ③ 회전토크나 마찰이 크다.         ④ 섭동에 의한 아크가 발생하지 않으므로 방폭성이 있다.

​

[해설] 퍼텐쇼 미터는 비접촉형이므로 마찰이 없으나 출력 감도가 불균형적이라는 단점을 갖고 있다.

​

49. 코일간의 전자유도 현상을 이용한 것으로서 발신기와 수신기로 구성되어 있으며, 회전각도 변위를 전기신호로 변환하

      여 회전체를 검출하는 수신기는 ? [10-4, 19-1]

  ① 싱크로 (syncgro)     ② 리졸버 (resolver)    ③ 퍼텐쇼미터 (potentiometer)    ④ 앱솔루트 인코더 (absolute encoder)

​

50. 다음 중 옴의 법칙으로 맞는 것은 어느 것인가 ? [06-4, 15-4, 18-2]

   ① 전류 (I) = 전압(V) + 저항 (R)          ② 전압 (V) = 전류 (I) × 저항 (R)

   ③ 저항 (R) = 전압(V) × 전류(I)           ④ 전류 (I) = 전압(V) × 저항 (R)

​

51. 금속 전기 도체의 저항 크기를 좌우하는 요인들 중 옳지 않는 것은 ? [08-4, 12-4]

   ① 금속전기도체의 저항은 길이에 직접적 비례한다.

   ② 금속 전기 도체의 저항은 용도에 상관없이 일정하다.

   ③ 금속 전기 도체의 저항은 그 단면적에 반비례한다.

   ④ 금속 전기 도체의 저항은 금속의 종류에 따라 달라진다.

​

52. 다음 중 도체의 저항값에 비례하는 것은 어느 것인가 ? [18-1]

   ① 도체의 길이         ② 도체의 단면적          ③ 도체의 색상           ④ 도체의 절연체

​

53. 다음 중 회로 시험계 (멀티 테스터)로 측정할 수 없는 것은 ?

   ① 교류 전압       ② 직류 전압       ③ 직류 전류         ④ 주파수

​

54. 다음 중 전력(P)을 계산하는 식으로 틀린 것은 ?

   ① P = VI [W]        ② P = I2R [W]         ③ P=VR [W]          ④ P=V2/R [W]

​

[정답] 48. ③    49. ①      50. ②       51. ②       52. ①       53. ④        54. ③

​

55. 다음 중 저항 측정에서 주로 사용되는 회로는 ? [09-4, 16-2]

   ① 열전대 회로    ② 퍼텐쇼 미터 회로     ③ 휘트스톤 브리지 회로    ④ 부자식 레벨 센서 회로

​

56. 미지 저항을 측정하기 위한 휘트스톤 브리지 회로에 사용되는 측정법은 ?  [14-4, 19-4]

   ① 편위법     ② 영위법        ③ 치환법          ④ 보상법

​

[해설] 영위법 (Zero method) : 측정하고자 하는 양과 같은 종류로서 크기를 조정할 수 있는 기준량을 준비하고 기준량을

                                                측정량에 평행시켜 계측기의 지시가 0 위치를 나타낼 때의 기준량의 크기로 부터 측정량의

                                                크기를 간접으로 측정하는 방식이다. 마이크로미터나 휘트스톤 브리지, 전위차계 등이 있다.

​

57. 측정하려고 하는 전압원에 계측기를 접속하면, 전압원의 내부저항으로 실제 전압보다 낮은 전압이 측정되는 현상을

      무엇이라 하는가 ?

   ① 표피 효과        ② 제어백 효과          ③ 압전 효과         ④ 부하 효과

​

[해설] 계측기 접속에 의한 부하 효과라 한다. 이 같은 오차를 줄이기 위해서는 계측기나 측정기를 입력 임피던스가 큰 것으

            로 사용해야 한다.

​

58. 다음 중 극히 작은 전류에 의해서 최대 눈금 편위를 일으킬 수 있으므로 전압계로 사용하는 계기는 ?

   ① 유도형        ② 전류력계형       ③ 가동코일일         ④ 가동철편형

​

[해설] 전기적인 측정량, 즉 전압, 전류, 전력 등의 측정은 전기 자기적인 원리에 의하여 이들의 측정량을 힘으로 변환한다.

           힘을 발생하는 기구에 따라 가동 코일형, 가동 철편형, 유도형 및 전류력계형, 정전형 등이 있다. 이들 중에서 가장

           많이 사용되는 계기로서 가동 코일형과 가동 철편형이 있다. 가동 코일형은 정밀급에 널리 쓰이며, 가동 철편형은

           배전반용 계기로 널리 쓰인다.

​

59. 다음의 그림은 어떤 정류인가 ? [13-4]

가. 접촉식 온도계

  ▣ 피측정 물체에 측온부를 접촉, 열평형 상태에 도달할 때 감온부의 물리적 변화량, 즉 전기적인 신호를 측정함으로써

       피측정 물체의 온도를 감지하는 방식으로 측정범위가 넓고, 정밀하게 측정할 수 있다. 유리체 온도계, 압력식 온도계,

       열절대, 바이메탈식 온도계, 저항식 온도계 등이 있다.

​

나. 비접촉식 온도계

  ▣ 고온의 피측정 물체로 부터 방사하는 방사에너지, 즉 빛 또는 열을 감지하여 감지 온도와 방사에너지와의 일정한 관계

       를 이용하여 온도를 감지하는 측정방식의 온도계이다.

​

③ 저항 온도계 (측온 저항체 : Resistance thermo meter)

 가. 운모권 측온 저항체 소자

   ㉠ 소자의 구조는 폭이 3~ 10 ㎜ 인 가늘고 긴 운모관의 양쪽에 치형(V형)을 파고 이를 따라서 저항 소선이 감겨져 있다.

   ㉡ 이 양쪽에 절연을 위해 폭이 약간 넓은 운모판을 대고 다시 그 위에 2개를 덮어 보호관 내면에 접촉시키고 있다.

   ㉢ 이것은 저항 소자를 진동이나 충격으로 부터 견디게 하고 보호관 사이에 열전도성을 높게 해 주는 효과가 있다.

나. 보호관 붙이 측온 저항체 소자

  ㉠ 운모권 측온 저항체 소자에 열기전력의 발생이 없고 최고 사용온도에서 산화 변질되지 않는 재질의 내부 도선을 연결

      하여 보호관 내에 내장한 것이다.

  ㉡ 중저온용으로 온선에 불소, 수소나 유리관을 씌운 것을, 또한 고온용으로서는 니켈선에 자기 절연관을 씌운 것을 사용

       한다.

  ㉢ 내부도선은 거의 3도선식이다.

​

④ 열전온도계 (Thermo electric pyrmeter)

  ㉠ 열전대는 측온 저항계와 같이 비교적 안정되고 정확하며 일부 원격 전송 지시를 할 수 있는 측징이 있으므로 공업적으

       로 널리 사용되고 있다.

  ㉡ 열전온도계의 원리 : 서로 다른 두가지 금속의 양단을 접합하면 양 접합점에는 접촉 전위차 불평형이 발생하여 열전류

       가 저온 측에서 고온 측 접합부로 이동하여 단자 사이에 기전력이 발생된다. 이것을 열기전력 (Thermo electromotive

       force)이라 하고 그 현현을 제베크 효과 (Seebeck effect)라 하며, 이 효과를 이용하여 온도를 측정하기 위한 소자가

       열전대 (thermocoulple)이다.

​

⑤ 방사온도계

  ▣ 물체에서 방출하는 방사에너지 (물체가 빛이나 열 같은 에너지를 밖으로 방출하는 에너지)는 물체가 뜨거워짐에 따라

       많은 에너지를 방출하고, 물체가 식어감에 따라 보다 작은 에너지를 방출하는 방사에너지를 이용하여 물체의 온도를

       측정하는 온도계를 방사온도계 (radiation pyrometer)라 한다.

  ㉠ 광 온도계 : 단색 파장에 대한 방사 휘도를 측정하고 흑체 온도를 구하는 온도계로서 방사선 중에서 가시광선을 이용하

       는 것이며, 700 ~ 4,000 ℃ 까지 측정할 수 있다. 고온의 물체에 직접 닿지 않고 측정할 수 있으므로 화염이나 용광로

       등의 온도 측정에 사용되지만 시각에 의한 오차가 생기기 쉽다.

​

2. 압력의 계측

 ① 압력의 측정

  가. 절대압력 (Absolute pressure) : 완전 진공상태를 "0"으로 보았을 때의 압력으로 표현할 때에는 단위 끝에 "abs"를 붙여

                                                          표시한다. (㎏f / ㎠ abs)

  나. 게이지 압력 (Gauge pressure) : 표준 대기압으로 기준점 "0"으로 하여 측정되는 압력으로 공업적으로 측정되는 압력

                                                           은 주로 게이지 압력으로 표시되고 있다.

  다. 차압 (differential pressure) : 대기압 이외의 압력을 기준으로 하여 측정하는 것으로 서로 다른 압력 중 어느 한 쪽을

                                                     기준으로 다른 압력과의 차를 차압이라고 하며, 차압식 유량 측정이나 레벨 측정시 이용

                                                     한다. 단위 끝에 'diff"를 붙여 표시한다. (㎏f/㎠ diff)

② 압력 센서

 가. 압전형 압력센서

  ㉠ 측정원리

    ⊙ 압력체는 기계적인 왜형이 생기면 전기 신호를 발생시키며, 이 신호 전압은 왜형의 크기에 비례한다.

    ⊙ 다이어프램에 공정의 압력이 걸리면 기계적인 연결 장치에 의해 압전체에 다이어프램의 변위가 전달된다. 이 때 압전

         체에서 아주 미세한 전압이 발생된다.

  ㉡ 압전체 : 압전효과를 이용하여 압력을 측정할 수 있는 소자를 압전체라 한다.

  ㉢ 압전효과 (Piezo effect) : 외부에서 압력이 증가하면 압전체의 기전력이 양단자에 힘이 전달되어 인가 압력의 크기에

                                              비례하는 기전력이 양단자에 나나타는 효과이다.

  ㉣ 역압전 효과 : 압전 효과와 반대로 결정에 전기를 인가하면 (+)극의 방향에 따라서 결정이 수축하거나 팽창하는 효과

                             이다.

나. 정전용량형 압력 센서

  ㉠ 측정원리

    ⊙ 감압 다이어프램의 가동 전극과 고정전극 사이의 정전용량이 고압 쪽과 저압 쪽 사이에 차압에 비례하여 변화하므로

         정전용량의 차인 변화를 전송부의 증폭부에서 통일 전류 신호 (4~20 mA DC)로 변환하여 전송한다.

    ⊙ 정전 용량식은 차압 전송기는 물론 게이지압 전송기, 절대압 전송기에도 사용되지만 구조적으로 차압 전송기에 가장

         적합하다.

  ㉡ 특징

   ⊙ 콘덴서의 전극 간격, 전극의 대항 면적, 전극 간 유전체 (절연체 : 전기가 통하지 않는 물질)의 상태가 변화함에 따라

        정전용량 (콘덴서에 전기를 담아 둘 수 있는 크기)이 변화하는 현상을 이용하여 변위를 정전용량으로 변환시키는

        센서이다.

   ⊙ 전극 간격에 반비례하고, 정전용량 C는 C=εA / ℓ 로 전극 면적에 비례한다.

 다. 반도체 왜형 게이지식 센서

  ▣ 반도체의 응력이나 신장력이 어떤 방향으로 작용했을 때 반도체의 길이, 면적이 변화하여 저항값이 변화하는 피에조

       저항 효과를 이용하여 생긴 저항값의 변화를 검출하여 입력 압력에 비례한 신호를 얻는 것이다.

라. 진공센서

 ㉠ 피라니 게이지 (pirani gauge)

   ⊙ 측정 저항에서 방생되는 열과 기체 분자 사이의 전도율은 완전 진공에 가까울 수록 떨어지며 이에 따라 측정 저항의

        저항값이 변화된다.

   ⊙ 일정한 열에너지를 받아 가열되는 물체의 온도는 열전쌍에 의해 주위 기체로 방출되는 열량에 따라 정해지므로 열전

        도율의 변화를 가열체의 온도 변화로 부터 측정할 수 있다.

 ㉡ 열전자 진리 진공계

   ⊙ 압력이 높을 수록 기체 분자가 증가하여 이온이 많이 생긴다. 전자의 충돌에 의해 생긴 이온량을 측정하여 진공도를

        구할 수 있다.

마. 스트레인 게이지

  ▣ 금속체를 잡아 당기면 늘어 나면서 전기저항이 증가하며, 반대로 압축하면 줄어 들며 전기저항이 감소한다. 이 전기저

       항의 변화원리를 이용한 것이다.

스트레인 게이지의 종류

바. 로드셀

  ㉠ 로드셀은 스트레인 게이지를 붙여 사용하기 곤란한 경우에 범용적으로 사용하기 위해 제작된 물체 중량을 측정하는

      변환기이다.

  ㉡ 스트레인 게이지를 이용한 하중 감지 센서로서 힘이나 하중에 대해 변형을 발생시키는 탄성 변형체 (elastic strain

       member)인 감지부에서 발생하는 물리적 변형을 스트레인 게이지를 이용하여 전기저항의 변화로 변환시키고 휘스톤

       브리지 (wheatstone bridge) 전기 회로를 구성하여 정밀한 전기적 신호로 변환시켜 하중을 측정한다.

​

③ 압력의 종류와 측정방법

  ⊙ 압력의 측정법에는 크기를 알고 있는 무게와 평형시키는 방법, 탄력성과 평형시켜 스프링의 변위로 압력을 재는 방법,

       압력에 의하여 변화하는 물리적 현상을 이용하는 방법 등이 있다.

  ⊙ 무게와 평형되는 압력계에는 물, 수은 등의 액체 기둥을 사용하는 액체 기둥 압려계와 금속제의 추를 사용하는 분동식

       압력계가 있고 이외에 침종식, 환상식 압력계 등이 있다.

  ⊙ 탄성식 압력계는 압력에 평형된 수압체의 힘에 의해 압력을 측정하며 휨이 아주 작으므로 이것을 여러 방법으로 확대

       해서 지시 또는 기록한다.

  ⊙ 수압체 탄성은 온도 압력 크기에 따라 힘의 상태가 다르므로 장시간 사용하면 휘이 점차 증가하는 것이 이 형식의 압력

       계에 공통된 결점이다.

 가. 액체 압력계

  ㉠ 액주식 압력계 (liquid type manometer) : 양 끝이 열려진 U자관에 물, 수은 등의 액체를 넣어 좌우관 두 개에 압력을

       가하면 액면이 높고 낮게 되며, 그 높이의 차로 부터 양쪽 압력의 차를 구하는 것이다. 모세관 현상이나 관 지름의 불균

       일 등으로 확대율은 10배 정도까지만 하는 것이 좋다. 일반적으로 수주 또는 수은주는 10 ~ 2,000 ㎜ 범위에서 사용한

        다.

  ㉡ 침종식 압력계 (Inverted bell jar type manometer) : 침종(浸鐘)이라 불리는 용기를 액면에 엎어서 띄워 놓고 용기 내부

       및 외부에 압력이 도입되도록 한 구조의 것을 싱글 벨 압력계 (single bell manometer) 또는 단종 압력계라 한다.

  ㉢ 환상식 압력계 (ring manometer) : 측정범위는 2 ~ 200 torr이고, 구동력이 지시 발진기 (oscillator)나 기록계 등을 직접

       움직일 수 있고, 또 추의 무게나 중심으로 부터 거리를 바꾸면 감도의 조절도 할 수 있다.

나. 탄성 압력계

  ㉠ 부르동 관식 압력계 (bourdon-type pressure gauge) : 단면이 원 또는 타원형인 관을 환상으로 구부려 만든 부르동

       관의 한쪽 끝을 고정시키고 다른 쪽 끝을 밀폐시킨 것이다. 고정시킨 끝으로 부터 압력을 관 안에 작용시키면 관의

       단면은 원형에 가깝게 되고 링의 반지름을 크게 변화사여 자유단이 이동한다. 이 변위는 거의 압력에 비례하므로

       이것을 링크와 기어로 확대해서 바늘을 회전시킨다.

  ㉡ 다이어프램식 압력계 (Diaphragm type manometer) : 다이어프램은 가해진 미소압력의 변화에 대응된 수직방향으로

       팽창 수축하는 압력소자이다. 또한 그 압체를 분리하는 역할 및 가압체를 용기로 부터 외부로 밀봉시켜 주는 역할을

       한다.

  ㉢ 벨로스식 압력계 (bellows type manometer) : 벨로스는 그 외주에 주름상자형의 주름을 갖고 잇는 금속 박판 원통상으

       로 그 내부 또는 외부에 압력을 받으면 중심축 방향으로 팽창 및 수축을 일으키는 압력센서이다. 재료는 인청동, 황동

       이 사용되며, 그 두께는 0.1 ~ 0.35 ㎜ 이다.

다. 분동식 압려계 (dead weight tester) : 기름의 압력 p [㎏f/㎠] 에 의해 단면적 A [㎠]의 램이 떠 오를 때 램 위에 분동

      W [㎏f]를 얹어서 기름의 압력과 평형시키면 p =W/A이다. 이 압력계는 약 3,000 [㎏f/㎠]까지의 표준 압력계로서 교정용

      으로 많이 쓰이며, 2 [㎏f/㎠] 이상의 고압측정에 적당하다. 램과 실린더, 기름의 압력과 가압 펌프로 구성되어 있다.

④ 압력 전송기

  ▣ 측정 대상의 유체 압력을 그 측정 범위에 대응하여 표준화된 신호로 변환하는 기기가 압력 전송기이다.

가. 공기식 압력 전송기

  ㉠ 차압 전송기 : 고압측 PH 와 저압측 PL 의 차를 측정하여 출력으로 PH - PL에 비례한 DC 전류 신호 4 ~ 20 mA 를 보낸

                              다.

  ㉡ 게이지압 전송기 : 저압 대기를 개방하여 게이지 압력 PH - PL에 비례한 DC전류 신호  4~ 20 mA를 보낸다.

  ㉢ 절대압 전송기 : 저압측을 진공으로 하여 절대 압력에 비례한 DC 전류신호 4~20 mA 를 보낸다.

나. 노즐 플래퍼 (nozzle - flapper)

  ㉠ 변위를 압력으로 변환하기 위해 일반적으로 사용되는 것으로 공급 압력이 일정한 경우 출력압력은 플래퍼와 노즐 간의

       간격에 의존한다.

  ㉡ 이 입력과 출력 압력의 관계는 다소 비선형적이 되지만 공기식 계기에 적용된다.

​

3. 유량의 계측

① 차압식 유량계

  ▣ 관로 내에 차압 기구를 설치하여 그 전후 (상류측과 하류측)의 차압으로 부터 유량을 구하는 방법으로 만들어진 유량계

       로 차압 기구로는 오리피스 (orifice), 노즐 (flow nozzle), 벤츄리 (venturi)관, 피토관 (pitoe tuber) 등이 있다.

가. 차압기구의 종류

  ㉠ 오리피스 : 오리피스 판을 배관 내에 삽입하면 유체가 오리피스를 통과할 때 유속이 증가되고 차압이 발생한다. 오리피

                         스에 의한 차압을 측정하기 위해 오리피스 양측에오리피스와 근접하게 차압 전송기용 탭을 설치한다. 유체

                         유속은 오리피스 통과 전압력이 오리피스 통과 후 압력 보다 크다. 이 오리피스 통과 전후의 압력차를 측정

                         하여 유량을 측정한다.

     ⊙ 코너탭 : 오리피스의 직전과 직후에 압력을 검출하는 방식

     ⊙ 플랜지 탭 : 오리피스 전후에 ± 1 인치의 거리에서 검출하는 방식

     ⊙ 축류 탭 : 하류 측을 흐름 단면적이 최소로 되는 축류 위치에서 압력을 검출하는 방식 (보통 상류측 1D, 하류측 1/2 D)

  ㉡ 플로 노즐 : 노즐은 둥근 유입부와 이것에 이어지는 원통부로 되어 있으며, 유체는 노즐의 곡면에 따라 흐르고 하류에

                          서 축류를 일이키지 않는다. 따라서 유출계수 C는 1 에 가깝다. 그리고 노즐에서 차압을 뽑아 내는 방식은

                           코너탭을 사용한다.

  ㉢ 벤츄리관 : 원통 부분의 중간에 하류 측의 압력 탭이 있다. 벤츄리 관의 특징은 하류 부분이 확대관으로 되어 있는 1차

                         요소이며, 오리피스나 노즐의 경우 만큼 유량에 대한 차압이 크지 않아 이에 의한 압력 손실이 매우 적고,

                          침전물이 관벽에 부착하지 않아 내구성이 크다는 점 등의 많은 장점이 있다.

나. 차압계 : 오리피스 등의 검출 기구에서 발생한 차압은 차압계 또는 차압 변환기에서 측정 · 변환되어 유량을 지시한다.

                    가장 간단한 차압계로 액주 압력계가 있으나 원격 지시 또는 조절을 위해 힘 평형식, 정전 용량식 등의 차압

                    변환기 (d/p cell)를 사용한다. 출력 신호는 전기식에서 DC 4 ~ 20 mA 이며, 공기압식에서는 0.2 ~ 1.0 ㎏f/㎠

                    의 것이 대부분이다.

​

② 면적식 유량계

  ㉠ 면적식 유량계는 부자의 이동으로 유로 면적을 변화시켜 차압을 일정하게 유지하고 이 때의 면적을 측정하여 유량을

       알 수 잇는 것으로 면적 유량계 (variable area flow meter), 로터미터 (rotameter)라고도 한다.

  ㉡ 테이퍼관 내의 상하로 이동하는 플로트의 위치가 유량을 지시한다.

  ㉢ 유리관식은 플로트의 위치에 의해 유량을 직접 읽을 수 있으므로 주로 현장 감시용으로 사용되고, 금속관식은 자석 등

       으로 플로트의 위치를 외부에 취출하여 0.2 ~ 1.0 ㎏f/㎠의 공기압 신호 또는 DC 4 ~ 20 mA 전류 신호로 변환하여 필요

       한 장소에 전송한다.

​

③ 용적식 유량계

  ▣ 용적식 유량계는 관로에 흐르는 유체의 통과 체적을 측정하는 방식으로 PD 미터 (Positive displacement meter)라고도

       부르며 오벌 (oval) 기어형과 루츠 (roots)설은 적고 그 정도는 ± 0.5 %, 정밀급, 특히 석유류 (휘발류, 등유, 중유 등)에

        는 정도가 ± 0.2 % 이다.

   ㉠ 액체의 종류 · 성질에 따른 영향이 적고, 점도가 높은 액체나 점도 변화가 큰 액체의 측정에 적당하다.

   ㉡ 적산 정도가 높으므로 취인용에 사용된다.

   ㉢ 전후에 직관부를 필요로 하지 않아 맥동의 영향도 거의 받지 않는다.

   ㉣ 회전자 등의 가동 부분과 케이스의 간격을 좁게 제작하므로 액체 중에 고형물이 혼압하면 회전자가 묶여서 측정 불가

        능하게 되므로 반드시 필터를 사용한다.

   ㉤ 구조가 복잡하므로 대형이나 내식형은 가격이 비싸다.

​

④ 전자유량계

  ▣ 도전성 물체가 자계 속을 움직이면 기전력이 발생한다는 패러데이 (faraday)의 전자 유도법칙을 이용하여 도전성 유체

       의 유속 또는 유량을 구하는 것을 전자유량계 (electromagnetic flowmeter) 라 한다. 도전성 유체가 흐르는 측정관을

       직각으로 지나는 자계를 주면 각기 직교하는 방향으로 비례하는 기전력이 발생한다. 기전력의 발생방향은 플레밍의

       오른손 법칙에 따른다.

​

⑤ 와류식 유량계

  ▣ 와류식 유량계 (vortex flow meter)는 측정 대상에 제한없이 기체 · 액체의 어느 것도 측정할 수 있으며, 유체의 조성·밀

       도·온도·압력 등의 영향을 받지 않고, 유랑에 비례한 주파수로 체적유량을 측정할 수 있다. 그러나 공통적으로 깨끗한

        유체가 바람직하므로 필요에 따라 스트레이너의 설치 등의 배려가 필요하다.

​

⑥ 터빈식 유량계

  ▣ 회전자의 축이 흐름에 대해서 직각으로 설치한 접선류식과 흐름에 대해서 평행으로 설치된 축류식이 있다. 접선류식은

        구조가 간단하고 싸게 만들어지나 누설이 상대적으로 커서 고정도는 기대할 수 없으며 가정용 수도미터 등에 사용되

        고 있다. 축류식은 마찰력에 대해서 구동력을 상당히 크게 얻을 수 있으므로 고정도 측정을 할 수 있으며 ± 0.2% 이상

        의 정도를 요구하는 석유류의 취인용 유량계로서 사용되고 있다.

​

⑦ 초음파형 유량계

  ㉠ 도플러 (doppler)법 : 도플러법은 도플러 효과를 이용하여 속도를 구하는 것으로 유량 측정분야에서 실용화된 것은

                                        주로 연속파 방식이다. 응답은 빠르나 음속의 영향을 받는다. 초음파를 유체 중에 발사하면 발사

                                         된 초음파는 유체 중의 부유물 또는 기포에 의해 산란 반사된다. 이 산란 반사된 초음파를 수신하

                                         면 수신 초음파의 주파수를 측정, 도플러 효과에 의해 송수신 주파수 차를 이용하여 유속을 알 수

                                         있다.

  ㉡ 싱어라운드 (Sing around)법 : 동일 거리를 나가는데 요하는 초음파 펄스의 흐름과 같은 방향과 반대 방향의 시간차에

                 의해 평균 유속을 구하는 방식으로 응답은 약간 늦으나 유체를 전하는 음속에는 영향을 받지 않는 특징을 가지

                 고 있다. 이 같은 차를 직접 시간차로 하느냐, 또는 위상차로 하느냐에 따라 각각 시간차 측정법, 위상차 측정법

                  으로 구분된다.

㉢ 특징

  ⓐ 배관중에 삽입물이 전혀 없으므로 흐르므이 난류나 압력 손실은 생기지 않는다.

  ⓑ 기설의 배관에도 간단히 설치할 수 있어 공사비가 저렴하다.

  ⓒ 지름이 커져도 다른 유량계 만큼 가격이 올라가지 않는다.

  ⓓ 배관은 쪼개짐이 없어 하수로에도 사용된다.

  ⓔ 실제 유량 시험을 하지 않고 교정이 가능하며, 유량 눈금은 선형이다.

  ⓕ 초음파 유량계는 관로 단면의 일부분을 음파 통로로 하여 그것에 대표되는 유속이 계측되어 유량이 구해지므로 유속

       분포나 유체 중 이물의 영향을 받기 쉽다.

  ⓖ 상류측에 관지름의 10배, 하류측에 지름의 5배의 직관부가 필요하다.

​

4. 액면계측

① 차압식 액면계

  ▣ 아래 그림 (a)는 밀폐 탱크 내에 있어서 액체가 증발하여 저압 측 도압관 내에 응결할 우려가 없는 경우 밀폐 탱크의

       액면 측정법을 드라이 레그 (Dry leg)법이라고 한다.

  ▣ 그림 (b)는 밀폐 탱크로 탱크 내의 액체가 증발하여 저압 측 도압관 내에 응결할 경우 저압 측 도압관 내에 액체를 채워

       서 도압관 내의 응결을 방지한다. 이와 같은 밀폐 탱크의 액면 측정법을 웨트 레그 (wet leg)법이라고 한다.

  ▣ 액체 내의 각 점에 있어서의 정수압은 그 점으로 부터 액면까지의 높이에 비례하므로 액체의 밀도가 일정하면 압력을

       측정하여 액면의 높이를 구할 수 있다.

  ▣ 단면적이 일정한 원통형의 디스플레이서 (displacer)가 액으로 부터 받는 부력이 액 중에 잠기는 체적 또는 깊이 h에

       비례한다. 이 힘을 외부로 뽑아 내어 측정하면 되며 토크 튜브 (torque tube) 등을 이용한 것도 있다. 신호변환 방식에는

       힘 평형식 또는 변위변환식의 두 가지 방식이 있다. 디스플레이먼트(displacement) 방식은 구조가 간단하고 견고하므

       로 고온 · 고압하의 사용도 가능하여 프로세스에 많이 사용한다. 다만, 구조상으로 보아서 레벨의 변화가 큰 곳은 부적

        합하다.

​

⑤ 정전용량식 액면계

  ▣ 서로 맞서 잇는 두 개의 전극 사이의 정전 용량은 전극 사이에 있는 물질의 유전율 (dielectric constant)의 함수이다.

        그리고 기체와 액체의 유전율은 수 ~ 수십배 다르므로 탱크 내에 전극을 놓고 액체 높이의 변화에 따라 전극 사이의

        액체 양이 달라지는 구조로 하면 액면 높이를 정전용량의 크기로 변환시킬 수 있다. 정전용량 액면계는 가동부나 정밀

        한 기구 부분이 없으므로 견고하고 신뢰성이 높아서 두 액의 경계나 분체의 레벨도 측정할 수 있다. 반면에 측정 대상

         의 유전율 변화나 전극에의 부착물의 영향을 받는다. 액면 제어용의 검출단(sensor)으로 적합하다.

​

⑥ 사운딩식 액면계

분립체의 경우 부자를 써서 연속적으로 레벨을 측정할 수 없다. 따라서 사일로(Silo) 등의 두부 (頭部)에 테이프 또는 와이어로 매달아 내린 추를 전동기기 동력에 의해서 아래 분입면에 이르게 하고 중량을 잃어 버릴 때까지 감아 내려 그 사이에 나온 테이프에 길이에서 레벨을 측정한다. 레벨 측정 후 추는 바로 감아 올려 사일로의 두부에 유지한다. 측정 원리는 원시적이나 측정 범위가 넓어 시멘트, 곡물 사일로, 광석 펄프, 녹차 등의 레벨 측정에 사용된다.

​

⑦ 방사선식 액면계

  ▣ 방사선 동위우너소에서 방사되는 γ선이 투과할 때 흡수되는 에너지를 이용한 것으로 탱크 외벽에 방사선원을 놓고

        강한 투과력에 의해 탱크별을 통해서 투과해 오는 측정방식이기 때문에 비접촉 측정이다. 이 때문에 고온, 고압 용기

        내의 액면 측정, 고점도 액체, 분립체의 레벨 측정을 할 수 있고 다른 액면계에서 측정할 수 없는 매우 까다로운 조건

        의 레벨 측정에서 진가를 발휘한다. 그러나 방사선을 사용하고 있기 때문에 법적 규제 및 취급에 주의가 필요하며 고

        가이기 때문에 특정 용도에 한정되고 있다.

⑧ 초음파식 액면계

자속밀도의 변화를 이용하여 펄스 모양의 전압 신호를 인출하는 것으로서 정지에 가까운 저속에서는 출력 전압이 감소되므로 저속 회전의 검출은 할 수 없지만 내구성ㅇ디 우수하고 전원을 필요로 하지 않는 등의 특징이 있다.

​

② 광전식 검출법

광원과 포토트랜지스터 등의 광전 변환 소자를 사용하여 회전수를 펄스수로 변환시키는 방법이다. 광전 검출 소자로서 광원에는 발광 다이오드나 통상의 램프가 사용되며, 수광소자에는 포토트랜지스터 등이 사용된다. 측정 축에 비접촉으로 회전수를 검출할 수 있으므로 고속 회전수의 검출에 사용된다.

​

2. 디지털 계수식 회전계

  ① 펄스수 (주파수) 계수 방식 : 이 방식은 펄스 신호를 일정 시간 직접 계수하여 이 시간 내의 평균 회전수를 구하는 방법

                                                   이다.

  ② 회전주기 측정 방식 : 회전체의 회전 주기를 측정하여 그 역수로 회전수를 구하는 방법이다. 회전체에 회귀성(回歸性)

                                         반사테이프(테이프 표면에 구면 렌즈를 나열한 것으로 투사광이 테이프면에 수직이 아니더라도

                                         광원 방향으로 빛을 반사한다)를 붙이고 초점조정이 용이한 적색 가시광의 LED (발광 다이오드)

                                         를 광원으로 이용하여 그 반사광을 포토트랜지스터로 검출하여 펄스 신호를 변환시킨다.

​

3. 각도 검출용 센서

각도 검출용 센서로는 퍼텐쇼미터, 싱크로(synchro), 레졸버(resolver), 로터리인코더(rotary encoder) 등이 각각의 용도로 이용되고 있는데 그 중에서도 퍼텐쇼미터는 구조가 간단하며 출력할 때에 큰 전압을 직접 얻게 되고 고정밀도와 고분해도가 가능하며 필요에 따라 출력파형을 함수형으로 할 수 있는 이점이 있고 설계상 유리하여 각도 센서로 널리 사용된다.

​

【전기의 계측】

▣ 전류 검출용 센서

전류를 검출하기 위한 센서에는 분류기, 변류기 등의 피측정 전로에 직접 삽입되며 연결되는 방식과 클램프식 전류 센서로 전로의 절단이 없이 검출하는 방식의 센서가 있다.

​

#압력 #반도체 #흑체 #저항온도계 #열전온도계 #절대압력 #게이지압력 #차압 #압전형

#다이어프램 #정전용량 #진공센서 #피라니게이지 #스트레인게이지 #유량계 #플로노즐 #면적식유량계 #액면계측 #차압식액면계 #부자식액면계 #방사선 #사운딩식 #초음파