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적외선 LED란?

적외선 LED는 적외선을 발광할 수 있는 LED입니다.

IR은 ‘Infra-Red’의 약자로 적색보다 파장이 긴 광선을 의미하며, LED는 ‘light-emitting diode’의 약자로 전압을 인가하면 발광하는 다이오드입니다. 따라서 적외선 LED는 파장이 700~1,500nm 정도의 근적외선을 방출할 수 있는 LED를 말합니다.

적외선은 투과성이 매우 높아 장애물 등의 영향을 잘 받지 않는 특성이 있습니다. 사람의 눈에는 보이지 않기 때문에 신호 송수신이나 각종 센서 광원 등에 많이 사용되는 빛입니다. 적외선의 발생원으로는 레이저 등도 있지만, LED는 대량 생산이 가능하다는 점이 특징입니다. 수명이 길고 충격에 강하며 가격도 저렴하다는 장점이 있습니다.

적외선 LED의 사용 용도

적외선 LED는 일상생활을 포함한 모든 분야에서 사용됩니다. 다음은 적외선 LED의 사용 용도입니다.

• TV나 에어컨 조작용 리모컨
• 보안 카메라의 광원
• LiDAR 및 TOF 카메라의 광원
• 시료의 수분 측정
• 야간 투시 카메라의 광원
• 골프 거리 측정기
• 스마트폰이나 휴대폰의 통신용

일상생활에서 가장 친숙한 제품은 TV나 에어컨 등의 리모컨입니다. 사람에게 인지되지 않고 투사 가능하며, 인체에 악영향을 끼치지 않아 생활용품에도 적용되고 있습니다.

또한, 적외선은 투과율이 높고 장애물의 영향을 받지 않아 측정광으로 많이 사용되는데, LiDAR는 ‘Light Detection And Ranging’의 약자로, 적외선 LED를 이용한 거리 측정 센싱 방식을 말합니다. 자동차의 자율주행 등에 응용하기 위해 개발되고 있습니다.

적외선 LED의 원리

LED의 발광 원리는 파장에 관계없이 공통적으로 반도체의 p-n 접합에 의한 것으로, p형 반도체에는 전기장을 가하면 정공(홀)이 이동하고, 반면 n형 반도체는 전자의 이동이 일어납니다. 에너지적으로는 n형 반도체에 존재하는 전자가 더 높기 때문에 p형 반도체의 정공이 존재하는 에너지 밴드와 갭이 생깁니다.

여기에 전기장을 가해 전자와 정공에 섭동을 주면 n형 에너지 밴드에서 p형 에너지 밴드로 전자의 전이가 일어납니다. 그 결과 전자와 정공이 충돌하여 에너지 갭에 해당하는 빛과 열을 발생시켜 소멸합니다. 에너지 밴드의 갭은 반도체의 구성에 따라 달라지기 때문에 재료를 조합하면 발광 파장을 조절할 수 있습니다.

근적외선 대역의 파장을 출력하기 위해 알루미늄 갈륨 비화물(AlGaAs)이 많이 사용됩니다. 일반적으로 적외선 LED는 가시광선 영역의 LED에 비해 발광 효율이 낮다는 단점이 있습니다.

적외선 LED의 기타 정보

1. 적외선 LED 조명

적외선 LED를 사용한 조명이 시판되고 있습니다. 다양한 종류가 판매되고 있지만, 모두 나이트스코프용으로 사용되는 제품입니다.

투광기 타입은 야간에도 사용하는 야외 시설의 조명에 사용된다. 적외선 LED를 여러 개 사용하는 타입이 많으며, 고출력 타입을 20개 이상 탑재한 제품도 판매되고 있습니다.

적외선 LED를 이용한 손전등도 판매되고 있다. 적외선 LED의 특징인 어두운 곳에서의 투과성을 최대한 활용할 수 있으며, 40개 이상의 적외선 LED를 사용한 제품도 있지만 무게가 가볍다. 점등 개수를 전환할 수 있는 제품도 판매되고 있습니다.

소형 암시등도 판매되고 있다. 촬영용으로 사용하기 때문에 빛이 고르지 않게 한 개만 고출력인 경우가 많다. AA 건전지 1개로 작동하며, 최대 15m까지 조사할 수 있는 성능입니다. 본체 무게는 60g이 채 되지 않는 휴대성이 뛰어난 타입입니다.

2. 적외선 LED 테이프

야간투시경의 보조 조명용으로 적외선 LED 테이프가 판매되고 있다. 테이프에 일정 간격으로 적외선 LED를 부착하여 점등하는 제품으로, 반대편이 점착면으로 되어 있어 쉽게 부착할 수 있습니다. 좁은 장소에서도 사용할 수 있도록 3mm 이하로 얇게 제작된 제품 등 다양한 종류가 판매되고 있습니다.

너트런너란?

너트런너는 너트를 자동으로 조일 수 있는 전동공구를 말합니다.

너트뿐만 아니라 소켓을 교체하여 나사나 볼트에 대응할 수 있는 기종도 있습니다. 손으로 잡고 사용하는 핸디형이 많지만, 전자동으로 조여주는 모델도 있습니다. 너트런너는 조임 강도를 설정할 수 있기 때문에 균일하고 정밀한 조임이 가능합니다.

너트런너를 사용하면 작업이 간편해지는 것은 물론 고정밀하고 신뢰할 수 있는 조임이 가능하기 때문에 신뢰성이 필요한 조임 부위에 폭넓게 사용되고 있습니다.

너트런너의 사용 용도

너트런너를 이용한 체결은 균일하고 고정밀도가 높기 때문에 자동차 부품, 오토바이, 조선 등 안전성이 보장되어야 하는 곳에 많이 사용되고 있습니다. 그 외에도 주유소, 화학공장 등 고정밀 조임이 요구되는 설비 점검이나 건물 등 철골 조립을 하는 공사 현장에서도 많이 사용됩니다다.

또한, 완전 자동화된 자동 조립 장비에 너트런너가 내장되어 있는 경우도 있습니다. 너트런너를 선택할 때는 사용하는 너트나 볼트의 토크 범위를 확인해야 합니다.

너트 러너의 원리

너트런너는 크게 ‘전기 모터로 구동하는 방식’과 ‘공압으로 구동하는 방식’으로 나뉩니다. 기본적으로 모터에 의해 토크를 회전시켜 조임이 완료되면 자동으로 정지하도록 설정되어 있습니다.

1. 전동 모터에 의한 구동

전기 모터에 의해 토크와 각도를 전기적으로 제어하기 때문에 공압 구동 방식에 비해 정밀도가 높고, 작업 이력이나 데이터를 남길 수 있습니다. 무선 타입도 있으며, 최근 주요하게 사용되고 있습니다.

발열이 심해 감전 위험이 있는 경우에는 절연형이나 공압식 너트런너를 선택하는 것이 중요합니다. 또한, 조임이 불가능하기 때문에 다시 조일 때는 너트를 한 번 풀어야 합니다.

2. 공압 구동 방식

에어 컴프레서가 필요하며, 압축된 공기를 이용하여 에어 모터를 돌려 토크를 제어하는 방식입니다. 감전 위험이 없다는 장점이 있지만, 공기압축기를 사용하기 때문에 전기료가 많이 든다는 단점이 있습니다. 전기모터 구동보다 발열이 적고 장시간 사용에 적합해 오래전부터 사용되어 온 방식입니다.

너트런너의 구조

전동식은 AC 서보, DC 브러시리스 등 회전수 제어가 가능한 모터를 사용하며, 공압 구동식은 공압에 의한 에어 모터로 회전합니다. 제어를 하는 유닛은 내장형 또는 별매형으로 제공됩니다. 이들의 회전은 유성기어를 이용한 감속기를 통해 구동축에 전달됩니다.

토크 감지 기능이 있어 토크에 의한 회전을 제어할 수 있는 고기능 타입은 위치, 자세를 감지하는 암 등을 장착할 수 있는 것이 있습니다.

너트런너의 기타 정보

1. 너트런너와 전동드라이버

너트런너는 이름에서 알 수 있듯이 너트를 조이는 공구이지만, 회전하여 체결하는 나사, 볼트에도 사용할 수 있다. 전동 드라이버, 임팩트 렌치와의 차이점은 조임 토크를 정확하게 관리할 수 있다는 점입니다.

전동 드라이버, 임팩트 렌치는 규정 토크에 도달하면 축이 공전하는 구조이지만, 전동 너트런너는 규정된 토크 값에 가까워질수록 모터의 회전이 느려져 정확한 토크 값으로 멈추는 기능을 가지고 있으며, 최근에는 보다 정밀한 체결이 가능한 전동 너트런너가 주류로 자리 잡아가고 있습니다.

너트런너는 조임 시 토크 값에 따라 회전 속도와 토크를 제어하면서 조임이 이루어집니다. 회전 속도는 전동 드라이버나 임팩트 렌치에 비해 떨어지지만, 조임 후 토크 값의 오차가 적고 작동 시 소음이 적은 것이 특징입니다.

2. 너트런너의 토크 관리

최근의 너트런너는 체결 시 토크와 각도의 변화를 모니터링하면서 체결의 좋고 나쁨을 판단하고, 볼트를 비스듬히 끼워 넣는 비스듬한 체결, 와셔를 넣지 않거나 두 개 넣는 것을 감지할 수 있습니다. 이러한 데이터는 너트런너 자체에 저장하거나 무선으로 PC 등에 전송하여 조립 시 데이터로 기록할 수 있습니다.

또한, 고기능 모델에서는 너트런너의 자세나 위치도 감지할 수 있습니다. 나사를 조이는 구멍의 위치를 판단하여 조이고 있는 나사나 볼트가 지정된 것과 일치하는지 판단하거나, 나사나 볼트의 차이를 나사 구멍 위치에서 판단하여 조임 토크를 스스로 변경하기도 합니다.

클램프 미터란?

클램프 미터는 회로에 흐르는 전류를 측정하는 기기입니다.

일반 전류계는 전류 회로 내부에 내장해야 하고, 회로를 한 번 정지시켜야 한다. 반면 클램프 미터는 전선 부분을 외부에서 클램프하는 것만으로 전류를 측정할 수 있습니다. 회로를 차단할 필요가 없어 빠르고 안전하게 작업할 수 있습니다.

클램프 미터의 사용 용도

간단하게 회로에 흐르는 전류 값을 알고 싶을 때 사용합니다.

아래는 사용 예시입니다.

• 전기공사 작업 시 통전 사전 및 사후 확인 작업
• 전기 회로 고장 시 원인 조사를 위한 통전부 확인
• 전기기기의 가동 상태 확인

또한, 클램프 미터의 특징은 무정전으로 사용할 수 있다는 점입니다. 연속 가동되는 설비에도 적용이 가능합니다.

클램프 미터의 원리

클램프 미터는 전류를 실측하지 않고 전류에서 발생하는 자기장을 측정하여 전류 환산값으로 출력합니다.

클램프 미터의 클램프 부분에는 마그네틱 코어가 있으며, 이 부분에서 자기장을 감지하여 전류 값으로 변환합니다. 교류와 직류는 자기장의 극성이 다르기 때문에 원리가 다릅니다.

다양한 측정 방식 중 직류와 교류 모두 감지할 수 있는 방식으로는 홀소자 방식이 있습니다. 이 방식은 자기 코어 내에 홀 소자를 내장하여 피측정 회로의 자기장을 전압으로 측정하고, 내장된 앰프를 통해 전류 값으로 변환합니다.

클램프 미터를 선택하는 방법

전류 회로에는 직류 회로와 교류 회로가 있습니다. 측정하고자 하는 회로의 전류 성분과 측정하고자 하는 정밀도에 따라 적절한 클램프 미터를 선정하는 것이 중요합니다.

큰 정밀도를 필요로 하지 않는 경우, 직류와 교류 모두 대응할 수 있는 홀소자식이 무난합니다. 단, 회로의 설치 위치에 따라서는 클램핑이 잘 되지 않을 수도 있습니다. 교류의 경우, 코어가 없는 로고스키식 클램프 미터를 선택하면 클램프부를 구부리면서 측정할 수 있습니다.

클램프 미터의 기타 정보

1. 누설전류 측정 방법

누설전류가 있으면 감전의 위험이 있기 때문에 전기설비의 유지보수에 있어 매우 중요한 점검 항목입니다. 그 측정에 누설전류 클램프 미터를 사용합니다.
누설전류는 매우 미세한 전류이며, 누설전류 클램프 미터에는 민감한 변류기가 장착되어 있습니다. 변류기에는 투자율이 높고 미세한 전류를 감지하는 데 적합한 퍼멀로이(Permalloy)가 사용됩니다.

누설 전류 측정은 ‘영상 전류 측정’과 ‘접지선 전류 측정’의 두 가지 방법이 있습니다.

• 영상 전류 측정
  영상전류 측정은 전상을 일괄적으로 클램프합니다. 클램프 미터는 전류에 의한 자기장을 감지하여 전류 값으로 변환하지만, 부하에 흐르는 전류에 의한 자기장은 서로 상쇄됩니다. 그러나 누설 전류가 있는 경우 자기장이 불평형이 되어 클램프 미터에 전류 값이 표시됩니다. 이 전류 값을 읽으면 누설 전류의 크기를 측정할 수 있습니다.
• 접지선 전류 측정
  전기기기는 접지선으로 케이스를 접지합니다. 누전 시에는 접지선을 통해 대지로 누설전류가 흐르기 때문에 접지선을 직접 클램프하여 전류값을 측정할 수 있습니다.

2. 클램프 미터의 정확도

교류 전류의 측정 방법에는 ‘평균값형’과 ‘실효값형’ 두 가지가 있습니다.

• 평균값형
  평균값형은 교류의 반주기 전류값을 평균하여 그 평균값에 파형률을 곱하여 측정값으로 하는 방식입니다.
• 실효치형
  실효값형은 전류값을 주기적으로 샘플링하여 측정하고, 그 측정값에 RMS 연산을 수행하여 실효값을 구하는 방식입니다.

전류 측정에서 측정 대상의 전류가 정현파라면 측정 방법에 관계없이 동일한 수치를 나타냅니다. 그러나 측정 대상 전류가 왜곡파라면 고조파 성분으로 인해 평균값형 클램프미터는 정확한 실효값을 얻지 못합니다.

반면, 실효값 지시형 클램프미터는 샘플링 주파수가 충분히 높으면 측정 정확도를 떨어뜨리지 않고 측정할 수 있습니다. 위와 같이 측정 대상 전류에 왜곡파가 포함된 경우 실효값형 클램프미터를 사용합니다. 그러나 저렴한 클램프미터는 평균값형 이동식 코일형 클램프미터입니다.

외관 검사 장치란?

외관 검사 장비는 제품의 외관을 검사하는 장비입니다.

대량 생산에 의한 생산품의 외관을 검사할 수 있습니다. 장비를 도입하면 검품에 소요되는 인건비를 절감할 수 있고, 생산성을 향상시켜 제품 가격을 낮출 수 있습니다. 또한 사람의 눈으로는 간과하기 쉬운 미세한 결함이나 이상을 정밀하게 검출하여 품질을 향상시킬 수 있는 경우가 많습니다.

외관 검사 장비는 제조된 제품의 표면 이물질이나 얼룩, 버 등 외관을 검사하여 즉각적으로 판별합니다. 적용 가능한 외관검사 공정으로는 제조 중간 공정, 제품 조립 공정 등이 있습니다.

외관검사기 사용 용도

외관 검사 장비는 많은 생산 라인에서 사용되고 있습니다. 식품 포장, 전자기기, 의료기기, 성형시트 등 산업은 다양합니다.

예를 들어, 전자 부품의 형상이나 불량 배선을 감지할 수 있습니다. 베어링의 경우, 녹이나 부식, 찌그러짐을 검사할 수 있다. 식품 포장에서는 용기의 찌그러짐이나 흠집을 감지하는 데 사용됩니다.

최근에는 카메라와 영상처리 기술의 발전으로 미세한 이물질이나 결함도 판별할 수 있게 되었습니다. 제품 및 공정에 따라 다양한 상황에 특화된 외관 검사 장비가 제작되고 있습니다.

외관검사장치의 원리

대부분의 외관검사는 영상처리 검사 방식을 채택하고 있습니다. 카메라 등의 이미지 센서와 영상처리장치, 소프트웨어로 구성됩니다. 대상물에 조명을 비추어 제품을 비추고 렌즈에서 이미지를 포착하여 검사하는 방식입니다.

화상처리 검사 방식은 다수의 합격품 이미지를 미리 기록해 두고 각 픽셀의 농도를 기록하는 방식입니다. 일정한 구획으로 구분한 농도 차이의 평균값과 표준편차를 구하고, 그 값과 검사 대상의 픽셀 값을 구획별로 비교합니다.

합격품과 비교하여 농도가 크게 다른 경우에는 흠집이나 이물질로 판단합니다. 흠집이나 이물질의 치수 기준을 등록해두면 합격, 불합격을 판단하는 구조입니다. 오검출을 방지하기 위해 미분 처리나 투영 처리를 하는 경우도 있습니다.

원주 방향의 대상물을 검사할 때는 극좌표 변환 처리 후 농도 비교를 통해 판단합니다. 외관 검사 장비의 동작은 일반적으로 고속이며, 전수 검사가 가능합니다. 그러나 장비 자체의 도입 비용이 상대적으로 높습니다. 또한, 대상물의 형상 및 외관 검사 기준에 따른 소프트웨어 최적화가 중요하며, 가동까지 시간이 소요될 수 있습니다.

외관 검사 장비 선택 방법

외관 검사 장비를 선택할 때는 제품 및 산업의 요구사항에 따라 적합한 장비를 선택해야 합니다. 일반적으로 개별적으로 설계하여 제작합니다.

먼저 무엇을 검사할 것인지 명확히 하는 것이 중요합니다. 제품의 종류, 재료, 표면 특성 등에 따라 적합한 장비를 선택합니다. 특정 외관 결함이나 품질 기준을 정의하고 이에 따라 장비를 설정할 수 있는지 여부도 고려해야 합니다.

생산 라인에 도입할 때는 외관 검사의 속도와 정밀도도 중요합니다. 빠른 제조 공정에 대응하고 정해진 품질 기준을 충족하는 정밀도를 가진 장비를 선택해야 합니다.

또한, 외관 검사 장비의 카메라와 센서는 다양한 종류가 있습니다. 제품의 특성에 따라 적절한 카메라 해상도, 광원 종류, 센서 유형을 선택하는 것이 중요합니다.

외관 검사 장비의 기타 정보

1. 외관 검사 장비의 기능

최근에는 외관 검사 장비와 인공지능(AI)을 결합하여 더욱 고도화된 외관 검사 및 품질 관리를 실현하는 것이 추세입니다. 인공지능은 머신러닝과 이미지 처리 알고리즘을 활용하여 대량의 데이터를 분석하고 학습할 수 있습니다. 이를 통해 다양한 기능을 구현할 수 있습니다.

결함 검출
학습된 모델을 사용하여 비정상적인 패턴이나 결함을 감지할 수 있습니다. 예를 들어, 불량품의 이미지 데이터를 학습하고 이를 바탕으로 제품의 외관을 판단할 수 있기 때문에 더 높은 정확도로 결함을 감지할 수 있습니다.

패턴 인식
복잡한 패턴이나 형상을 인식하는 데 능숙합니다. 외관 검사 장비에 탑재된 AI는 제품의 외관 패턴을 학습하고 정상 외관과 비교합니다. 비정상적인 패턴이나 모양이 감지되면 불량품으로 판단할 수 있습니다.

자동 학습과 개선
외관 검사 장비가 획득한 데이터를 분석하여 자동으로 학습하고 개선할 수 있습니다. 불량품의 데이터와 검출 결과를 피드백하고 모델을 업데이트하여 검사의 정확도와 효율성을 자동으로 향상시킬 수 있습니다.

다품종 소량 생산 대응
기존 외관 검사 장비는 품종 전환(셋업 변경)에 사람의 손이 많이 갑니다. 따라서 잦은 재설치가 발생하는 다품종 소량 생산에서는 효율성이 떨어지는 문제가 발생합니다. 이에 반해 인공지능은 여러 품종을 동시에 학습하게 함으로써 검사의 재설정을 최소화할 수 있습니다.

인공지능을 접목한 외관 검사 장비는 보다 빠르고 정확한 검사가 가능하며, 사람의 눈으로는 놓치기 쉬운 미세한 결함이나 패턴을 감지할 수 있습니다.

2. 외관 검사 장비와 사람에 의한 외관 검사의 차이점

외관 검사 장비와 사람의 외관 검사는 각각 특정 상황과 요구 사항에 따라 구분하여 사용하는 것이 일반적입니다.

외관 검사 장비
외관 검사 장비는 빠르고 일관된 검사를 제공하여 제조 공정의 효율성을 향상시킵니다. 기계적 정밀도가 높고 지속적인 모니터링이 가능합니다. 따라서 고속 생산 라인이나 대량 생산이 필요한 경우, 또는 검사 대상이 미세한 부품인 경우 등에 사용됩니다.

사람에 의한 외관 검사
사람에 의한 외관 검사는 새로운 검사 기준이나 변경에 쉽게 대응할 수 있고, 유연하게 작업을 조정할 수 있다. 또한 시각적 경험과 판단력을 활용할 수 있습니다. 제품의 외관 기준이 주관적이고 사람의 판단이 중요한 경우나 소규모 생산 및 시험 생산에서 사람이 외관 검사를 수행합니다.

고전압 탐침이란?

고전압 프로브는 높은 전압을 측정할 수 있는 수동형 프로브입니다.

수백V가 넘는 고전압 측정에서는 표준 전압 프로브를 사용하면 파손되어 측정이 불가능합니다. 범용 프로브는 고주파, 고전압 대응이 어렵다. 반면, 고전압 프로브는 수천~수만V의 높은 전압까지 측정할 수 있는 고전압 전용 수동형 프로브입니다.

고전압 프로브는 오실로스코프나 전용 계측기에 연결하여 전압 파형을 측정하는 경우 등에 사용된다. 고주파의 큰 전압을 측정하면 프로브가 빠르게 발열하므로 화상이나 감전사고에 주의해야 한다.

고전압 프로브의 사용 용도

고전압 프로브는 수백V 이상의 고전압 파형 측정용이며, IGBT(절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터) 등의 파워 디바이스를 사용하는 모터 드라이버, 스위칭 전원, 인버터, 컨버터 등의 신호 측정에 많이 사용된다.

또한, 직류 회로 등 고전압 부하가 예상되는 경우에 많이 사용되며, 브라운관의 애노드 전압 측정용도 그 중 하나이다. 계통을 차단하지 않고도 메가솔라 등 태양광 발전 설비의 안전 점검, 하이브리드 자동차나 전기자동차에 사용되는 고전압 전기 시스템 측정 등의 용도도 있다.

프로브를 선택할 때 주파수 대역, 입력 저항, 입력 용량, 작동 전압 범위 및 해당 오실로스코프 모델 등을 고려해야 한다.

고전압 프로브의 원리

고전압 프로브는 오실로스코프 등 계측기의 내부 저항과 프로브의 배율 저항의 비율로 나누어 고전압을 측정하는 방식입니다. 고전압을 측정할 때는 100:1 또는 1,000:1과 같은 감쇠비를 가진 고전압 프로브를 사용한다.

프로브를 사용하여 테스트 포인트, 즉 신호 소스와 오실로스코프를 물리적, 전기적으로 연결합니다. 또한 전압 프로브의 최대 허용 전압은 주파수가 높아질수록 감소하는 특성이 있으므로 정격 확인이 필요합니다.

구체적으로 입력 단자와 오실로스코프 입력부 사이에 프로브가 설치되어 있으며, 이를 통과하는 파형을 측정합니다. 고주파 신호를 측정할 때는 입력 커패시턴스가 부하가 되어 신호에 영향을 주지만, 감쇠비가 높은 프로브를 통해 연결하면 보다 정확한 파형을 측정할 수 있습니다.

고전압 프로브의 구조

고전압 프로브 중에서도 측정하는 전압 범위에 따라 구조가 다릅니다. 오실로스코프 업체에서 판매하는 DC25KV 정도의 제품은 일반 프로브와 마찬가지로 손으로 들고 다룰 수 있습니다.

고전압 프로브의 구성은 프로브 본체와 매칭 박스, 그리고 이를 연결하는 케이블로 이루어져 있다. 프로브 내부에 절연 오일이나 가스를 채워 내전압 성능을 높이는 구조로 되어 있습니다. 프로브 본체의 입력 저항은 감쇠기의 감쇠량에 따라 다르지만 100~1,500MΩ 정도의 큰 값을 사용합니다.

매칭 박스는 위상 보상을 하는 것으로, 감쇠기의 감쇠량이 크고 긴 케이블을 사용하기 때문에 조정 절차가 일반 수동형 프로브보다 복잡합니다. 고전압 프로브 제조업체가 조정하여 출하하고 사용자가 조정하는 것을 금지하는 경우도 있습니다.

고전압 프로브의 기타 정보

1. 고전압 프로브의 안전 대책

고전압 프로브는 고전압을 다루기 때문에 여러 가지 안전 조치가 취해집니다.

피측정계가 고전압이기 때문에 멀리 떨어진 곳에서 측정할 수 있도록 케이블은 긴 것(3m에서 10m 정도)이 준비되어 있습니다.
손으로 들고 조작하는 것을 전제로 한 프로브에서는 인체에 방전되는 것을 방지하기 위해 큰 가드 링이 설치되어 있습니다. 또한, 고정식 프로브 본체에는 프로브 자체를 접지할 수 있는 단자가 있습니다.
취급 주의도 중요합니다. 예를 들어, 고주파 전압을 측정하는 경우, 고주파가 높을수록 프로브의 허용 전압이 낮아지므로 제조업체의 특성도를 잘 파악해야 합니다. 또한, 프로브의 접지 단자가 분리되면 입력 단자나 케이스에 고전압이 가해져 위험합니다.

2. 절연 프로브

절연 프로브는 프로브만을 플로팅 상태로 만든 것을 말합니다. 오실로스코프 본체와 전기적으로 절연되어 있습니다.

프로브를 절연시키는 방법은 변압기를 사용하여 프로브의 끝부분과 오실로스코프를 분리하는 방법과 프로브 끝부분에서 받은 전기 신호를 광전변환하여 광섬유로 전송하고 수신기 측에서 원래의 신호로 되돌려주는 방법이 있습니다. 어느 쪽도 프로브와 오실로스코프 사이에 전기적 통로는 없고 서로 절연된 상태이지만, 프로브가 감지한 신호는 오실로스코프 측으로 전달됩니다.

이러한 구성으로 인해 오실로스코프 본체가 적절히 접지된 상태에서도 절연 프로브의 칩과 접지 리드 사이에 가해지는 피측정 회로의 신호에는 영향을 미치지 않습니다. 따라서 측정 대상 회로에 매우 높은 공통 모드 전압이 걸려 있는 경우에도 절연 프로브를 이용하면 칩과 접지 리드 사이의 차동 전압만 측정할 수 있습니다.

유압펌프란?

유압 펌프는 전기 모터를 작동시켜 기계 에너지를 생성합니다. 유압 펌프를 구동하면 오일이 순환하여 기계 에너지를 유체 에너지로 변환합니다. 유체 에너지는 유압 에너지라고도 합니다. 이 유체 에너지는 유압 액추에이터가 필요로 하는 압력과 유량의 조합입니다. 압력은 어느 한 쪽의 에너지가 발생하지 않으면 유체를 밀어내는 것뿐입니다. 유압 액추에이터에 오일이 유입되면 유체 에너지는 기계 에너지로 변환됩니다. 변환된 기계 에너지는 직선 운동이나 회전 운동이 되어 펌프의 힘이 됩니다.

유압 펌프의 종류에는 일반적인 용적형 펌프, 정량형 펌프, 가변 용량 펌프 등이 있습니다.

유압 펌프의 사용 용도

유압을 이용한 구조물에는 유압 장치라고 불리는 일련의 작동 메커니즘이 사용되며, 구조 형식에 약간의 차이가 있지만 모두 유압 펌프가 내장되어 있습니다. 유압 기기의 힘은 압력과 유량의 조합이기 때문에 유량을 바꾸지 않고 압력을 두 배로 늘리면 마력이 두 배로 증가합니다. 압력을 바꾸지 않고 유량을 두 배로 변경하면 마력도 약 두 배로 증가합니다.

일반적으로 유압을 필요로 하는 장면에서는 큰 외부 동력을 필요로 하는 경우가 많기 때문에 특히 건설 현장 등에서 사용되는 굴삭기, 크레인 등 중장비에 많이 사용됩니다. 또한, 작지만 큰 토크가 필요한 장치에도 많이 사용됩니다. 예를 들어, 비행기나 선박, 자동차로 대표되는 운송 산업에도 폭넓게 적용되고 있습니다.

이외에도 자연의 힘을 이용한 펌프도 존재합니다. 구체적인 예로 농장에서 물을 끌어올리는 것과 같은 장치를 사용하는 경우에도 사용되며, 이러한 펌프는 연속 운전이 필요하기 때문에 수위를 감지하는 센서와 함께 사용됩니다. 풍차도 그 중 하나다. 풍차는 바람의 힘으로 땅속에서 물을 끌어올리기 위해 유압펌프를 사용합니다.

유압펌프 선택 방법

유체를 이용한 동력에는 공압식과 유압식이 있습니다. 둘 다 파스칼의 원리를 응용해 작은 힘을 큰 힘으로 변환하는 구조를 가지고 있습니다. 하지만 특징은 다소 차이가 있습니다.

공압식은 가격이 저렴하고 구조가 단순합니다. 주변 온도 등에 대한 환경 의존성이 높고 응답성이 낮습니다. 하지만 작동유 종류를 적절히 선택하면 전천후로 사용할 수 있습니다. 공압식으로는 구현할 수 없는 큰 힘을 필요로 하는 경우, 유압식 유닛과 그에 부수되는 적절한 유압 펌프를 선택하는 것이 바람직합니다.

유압 펌프의 원리

모든 펌프는 용적식 펌프와 비용적 펌프가 있습니다. 대부분의 유압 시스템에는 용적식 펌프가 사용되므로 여기서는 용적식 펌프의 원리에 대해 설명합니다.

용적식 펌프는 유압유가 채워진 부분과 기체만 있는 용적실이라는 부분으로 나뉩니다. 용적식 펌프는 흡기 밸브를 통해 유체를 펌프실로 흡입하고 배기 밸브를 통해 유체를 배출합니다.

먼저 외부에서 구동력을 주어 피스톤 운동을 하면 용적실 쪽에 부압이 발생하여 흡입 압력이 발생한다. 이를 팽창 과정이라고 합니다.

다음으로 흡입 공정에 들어갑니다. 이 압력이 일정 값을 넘으면 유압유실과 연결된 오일 탱크와의 대기압 차이로 인해 흡기밸브를 통해 유압유가 흡입됩니다. 이때 배기 밸브는 닫혀 있습니다.

그리고 체적실 쪽이 양압화되면서 기압차가 역전됩니다. 이 과정을 압축 공정이라고 합니다.

마지막으로 토출 공정에 들어갑니다. 유압유가 외부로 밀어내는 힘이 작용하여 배기밸브에서 오일이 배출됩니다. 오일이 밀려나면 흡기밸브가 닫히면서 배기밸브가 열립니다.

이 4단계를 1사이클로 하여 무한히 반복함으로써 작동유를 일정한 방향으로 계속 내보낼 수 있습니다.

또한, 작동유 탱크의 흡입측과 토출측에는 각각 한 방향의 역류방지밸브가 있어 어느 한 쪽에 압력이 발생하면 한쪽이 그 압력에 의해 닫히기 때문에 역류가 발생하지 않습니다.

유압 펌프의 구조

유압펌프를 포함한 유압 시스템은 적은 동력으로 큰 힘을 얻을 수 있기 때문에 산업현장에서 많이 사용되고 있습니다. 먼저, 시스템은 원동기에서 유압펌프를 통해 유압유를 승압하여 동력을 얻습니다. 그 다음, 유압 밸브에서 압력 조절 등을 통해 유압 액추에이터에 유압유가 공급됩니다. 이후 회전 운동 등의 기계 에너지로 변환됩니다. 그 중에서도 유압펌프는 유압유를 승압하여 필요한 기계적 동력을 확보하기 위한 중요한 장비입니다.

주로 유압 펌프는 ‘기어형’, ‘베인형’, ‘플런저형’ 등으로 나뉩니다.

기어 펌프는 케이싱 내에서 기어가 맞물려 유압유를 승압하는 것입니다.

베인 펌프는 케이싱 내 날개에 로터가 내장되어 있으며, 이 날개는 회전하여 유압유를 승압하는 역할을 한다. 이 날개를 베인이라고 합니다.

플런저 펌프는 왕복 운동하는 피스톤이나 플런저가 유압유에 압력을 가해 승압하는 방식입니다.

두 펌프 모두 유압유를 승압하는 것은 변함없지만, 유압유 누출이 발생하면 환경을 오염시키기 때문에 처리에 시간이 오래 걸립니다. 기술 발전으로 밀봉성은 높은 수준입니다. 그러나 누출이 제로가 될 수는 없기 때문에 설치형 펌프 유닛의 경우 방유 제방 내부에 설치하는 등의 노력이 필요합니다. 또한 운반형 펌프 유닛은 한 세트를 이동해야 하기 때문에 누출을 방지하기 위해 밀폐성을 높여야 합니다. 만일 유압유가 외부로 누출될 경우 이를 흡수할 수 있는 오일 탱크 등을 설치하여 기름이 유출되는 것을 방지할 수 있습니다.

유압펌프의 동력

유압펌프에는 ‘전동식’과 ‘수동식’이 있습니다. 주로 산업 및 실험 설비에서 사용되는 것은 전동식이며 펌프의 작동원이 전기입니다. 반면 수동식은 사람이 가하는 힘을 동력원으로 사용합니다. 주로 수동형은 동력을 생성하는 경로에 피스톤이 사용됩니다. 사람의 힘으로 핸들을 조작하여 유압 오일을 피스톤에 공급합니다. 피스톤은 유압의 압력을 받아 외부 세계에 동력을 공급합니다. 수동식 채택의 장점은 메커니즘이 단순해 유지보수가 용이하다는 점입니다. 또한, 동력을 전달할 때 힘이 천천히 전달되기 때문에 세밀한 조정이 가능합니다. 이는 결과적으로 위험성 평가로 이어집니다.

흔히 사용되는 것은 자동차 타이어 교체 등에 사용되는 유압식 잭입니다. 이는 수동식 유압펌프로 유압유를 보내 동력을 전달하여 자동차를 들어올리는 힘이 됩니다.

전동식은 더 큰 일을 시키고 싶을 때 사용하는 펌프이기 때문에 대부분 산업용으로 많이 사용됩니다. 전동형은 수동형에 비해 구조가 복잡하기 때문에 요구되는 성능에 따라 다양한 종류가 준비되어 있습니다. 하지만 구조가 단순한 펌프도 제조되고 있어 저렴하고 간편하게 도입할 수 있다. 또한, 육상이나 수상에서 큰 동력을 필요로 하는 경우에도 사용할 수 있습니다.

이처럼 전동식과 수동식은 동력원이 다를 뿐만 아니라 사용하는 용도의 규모도 다릅니다.

광 프로브란?

광 프로브는 기존 전해질 프로브의 단점을 극복하고 금속 소자가 없는 센서 부분을 유지한 전해질 프로브를 말합니다.

전기공학적인 효과를 이용하여 정확한 측정과 평가를 할 수 있습니다. 특징으로는 전기장을 방해하지 않는 광섬유의 비침습성, 노이즈가 발생하지 않는 점, 센서 헤드가 작고 전원이 필요 없는 점, 주파수, 위상, 강도 등 측정할 수 있는 정보가 풍부한 점, 주변에 금속이 있어도 간섭이 발생하지 않는 점 등을 들 수 있습니다.

광 프로브의 사용 용도

광 프로브는 컨트롤러, 오실로스코프, 내시경 등에도 사용된다. 또한, 광학적인 수단을 이용하여 조사나 분석을 목적으로 다양한 정보를 측정할 수 있습니다.

측정 용도로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

1. 비흡수율(SAR) 측정

100kHz 이상의 주파수의 전자파를 인체에 노출시켰을 때 인체가 흡수하는 에너지의 양을 측정하는 것을 말한다. 측정은 표준을 기준으로 하며, 인체와 동일한 전기적 특성을 가진 팬텀(Phantom)을 대상으로 측정해야 합니다다.

스마트폰 등 소형 무선기기를 인체 가까이에서 사용하면 인체의 특정 부위에서 에너지 흡수가 일어나는 것이 특징입니다.

2. 플라즈마 측정

전하를 띤 입자를 포함한 가스에 강한 전기장을 가하여 발생하는 플라즈마를 측정하는 데도 사용됩니다. 광 프로브로 국소적으로 발생하는 전기장을 측정할 수 있습니다.

3. 자기공명영상 (MRI)

전자기장의 인체 노출량을 측정하기 위해 광학 프로브가 사용됩니다. 매우 강한 자기장 하에서 측정이 필요하지만, 광 프로브를 사용하면 정확하게 측정할 수 있습니다.

이 외에도 EMC 설계에서 펄스 전계나 초강력 전계를 측정하거나 시뮬레이션 모델을 검증하기 위한 목적으로도 사용됩니다.

광 프로브의 원리

1. 포켈스 효과

전계 프로브는 포켈스 효과를 갖는 EO 결정을 헤드 부분에 사용합니다. 포켈스 효과란 물질에 외부에서 전압이 인가될 때 물질 내의 분극률이 변화하여 물질의 굴절률이 변화하는 현상입니다.

전계가 인가되지 않았을 때, EO 결정에 입사된 빛은 편광 상태를 유지한 채로 반사됩니다. 하지만 전기장이 인가된 상태가 되면 EO 결정의 굴절률이 변하기 때문에 입사한 빛의 편광상태가 변하여 되돌아오게 됩니다.

편광 상태의 빛의 강도를 분석기로 측정하면 전계 강도에 비례하는 신호를 얻을 수 있습니다.

2. 측정 대상 전계에 미치는 영향

전계 프로브에는 다이폴 안테나가 사용되기도 하지만, 광 프로브에는 사용되지 않습니다. 다이폴 안테나는 케이블 끝에 두 개의 직선형 도선이 있는 구조로, 금속 소자로 이루어져 있다. 따라서 전계 프로브의 산란으로 인해 전파에 교란을 일으킵니다.

광 프로브에서는 다이폴 안테나 등 대신 센서부에 크리스탈을 사용함으로써 측정 대상 전계에 영향을 주지 않고 측정할 수 있습니다.

광 프로브의 구성

팁 부분을 구성하는 부품은 EO 결정 외에 광섬유, 페룰, 콜리메이터 렌즈, 유전체 반사막 등이 있습니다.

1. EO 결정체

EO 결정은 1mm 각도로 구성되어 있습니다. 다이폴 안테나를 사용한 전계 프로브의 안테나 길이가 수 cm ~ 10 수 cm인 것을 감안하면 작은 구조이기 때문에 미세한 부위 측정이 가능합니다.

2. 광섬유

EO 결정에서 콜리메이터 렌즈와 페룰을 통해 광섬유가 연결되어 있습니다. 광 프로브가 노이즈의 영향을 받지 않는 것은 광섬유로 신호를 전송하기 때문입니다.

이를 통해 주파수에 의존하지 않고 전압 신호를 광 신호로 변환하여 장거리 전송을 할 수 있습니다.

3. 유전체 반사막

유전체 반사막은 EO 결정의 끝에 부착되어 있습니다. 전계 측정 시, 광원에서 생성된 직선 편광을 EO 결정에 입사시켜 유전체 반사막에서 반사되어 되돌아오는 빛을 측정합니다.

광 프로브에서 반사된 빛은 포토다이오드에서 전기 신호로 변환하여 차동 증폭기로 증폭 출력합니다. 출력 전기 신호는 편광 변화에 비례합니다.

스펙트럼 분석기 등을 사용하여 전기장의 세기와 위상을 계산합니다.

광 프로브란?

광 프로브는 기존 전해질 프로브의 단점을 극복하고 금속 소자가 없는 센서 부분을 유지한 전해질 프로브를 말합니다.

전기공학적인 효과를 이용하여 정확한 측정과 평가를 할 수 있습니다. 특징으로는 전기장을 방해하지 않는 광섬유의 비침습성, 노이즈가 발생하지 않는 점, 센서 헤드가 작고 전원이 필요 없는 점, 주파수, 위상, 강도 등 측정할 수 있는 정보가 풍부한 점, 주변에 금속이 있어도 간섭이 발생하지 않는 점 등을 들 수 있습니다.

광 프로브의 사용 용도

광 프로브는 컨트롤러, 오실로스코프, 내시경 등에도 사용된다. 또한, 광학적인 수단을 이용하여 조사나 분석을 목적으로 다양한 정보를 측정할 수 있습니다.

측정 용도로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

1. 비흡수율(SAR) 측정

100kHz 이상의 주파수의 전자파를 인체에 노출시켰을 때 인체가 흡수하는 에너지의 양을 측정하는 것을 말한다. 측정은 표준을 기준으로 하며, 인체와 동일한 전기적 특성을 가진 팬텀(Phantom)을 대상으로 측정해야 합니다다.

스마트폰 등 소형 무선기기를 인체 가까이에서 사용하면 인체의 특정 부위에서 에너지 흡수가 일어나는 것이 특징입니다.

2. 플라즈마 측정

전하를 띤 입자를 포함한 가스에 강한 전기장을 가하여 발생하는 플라즈마를 측정하는 데도 사용됩니다. 광 프로브로 국소적으로 발생하는 전기장을 측정할 수 있습니다.

3. 자기공명영상 (MRI)

전자기장의 인체 노출량을 측정하기 위해 광학 프로브가 사용됩니다. 매우 강한 자기장 하에서 측정이 필요하지만, 광 프로브를 사용하면 정확하게 측정할 수 있습니다.

이 외에도 EMC 설계에서 펄스 전계나 초강력 전계를 측정하거나 시뮬레이션 모델을 검증하기 위한 목적으로도 사용됩니다.

광 프로브의 원리

1. 포켈스 효과

전계 프로브는 포켈스 효과를 갖는 EO 결정을 헤드 부분에 사용합니다. 포켈스 효과란 물질에 외부에서 전압이 인가될 때 물질 내의 분극률이 변화하여 물질의 굴절률이 변화하는 현상입니다.

전계가 인가되지 않았을 때, EO 결정에 입사된 빛은 편광 상태를 유지한 채로 반사됩니다. 하지만 전기장이 인가된 상태가 되면 EO 결정의 굴절률이 변하기 때문에 입사한 빛의 편광상태가 변하여 되돌아오게 됩니다.

편광 상태의 빛의 강도를 분석기로 측정하면 전계 강도에 비례하는 신호를 얻을 수 있습니다.

2. 측정 대상 전계에 미치는 영향

전계 프로브에는 다이폴 안테나가 사용되기도 하지만, 광 프로브에는 사용되지 않습니다. 다이폴 안테나는 케이블 끝에 두 개의 직선형 도선이 있는 구조로, 금속 소자로 이루어져 있다. 따라서 전계 프로브의 산란으로 인해 전파에 교란을 일으킵니다.

광 프로브에서는 다이폴 안테나 등 대신 센서부에 크리스탈을 사용함으로써 측정 대상 전계에 영향을 주지 않고 측정할 수 있습니다.

광 프로브의 구성

팁 부분을 구성하는 부품은 EO 결정 외에 광섬유, 페룰, 콜리메이터 렌즈, 유전체 반사막 등이 있습니다.

1. EO 결정체

EO 결정은 1mm 각도로 구성되어 있습니다. 다이폴 안테나를 사용한 전계 프로브의 안테나 길이가 수 cm ~ 10 수 cm인 것을 감안하면 작은 구조이기 때문에 미세한 부위 측정이 가능합니다.

2. 광섬유

EO 결정에서 콜리메이터 렌즈와 페룰을 통해 광섬유가 연결되어 있습니다. 광 프로브가 노이즈의 영향을 받지 않는 것은 광섬유로 신호를 전송하기 때문입니다.

이를 통해 주파수에 의존하지 않고 전압 신호를 광 신호로 변환하여 장거리 전송을 할 수 있습니다.

3. 유전체 반사막

유전체 반사막은 EO 결정의 끝에 부착되어 있습니다. 전계 측정 시, 광원에서 생성된 직선 편광을 EO 결정에 입사시켜 유전체 반사막에서 반사되어 되돌아오는 빛을 측정합니다.

광 프로브에서 반사된 빛은 포토다이오드에서 전기 신호로 변환하여 차동 증폭기로 증폭 출력합니다. 출력 전기 신호는 편광 변화에 비례합니다.

스펙트럼 분석기 등을 사용하여 전기장의 세기와 위상을 계산합니다.

전류 프로브이란?

전류 프로브는 오실로스코프에서 직접 전류를 측정하기 위한 프로브입니다.

피측정 전류가 흐르는 케이블을 헤드 부분으로 끼워 넣어 전류 파형을 관찰합니다. 케이블을 절단하지 않고 케이블에 흐르는 전류를 측정하는 것을 목적으로 하는 계측기에는 클램프 미터가 있습니다.

측정할 때마다 케이블을 절단할 필요가 없기 때문에 평소와 같이 조명이나 설비를 가동한 채로 전류를 측정할 수 있다는 것이 큰 장점이다. 클램프 미터와 마찬가지로 전류 프로브도 케이블을 분리하지 않고도 전류 파형을 관찰할 수 있습니다.

전류 프로브의 사용 용도

전류 프로브는 오실로스코프를 이용하여 전류 파형을 관찰할 때 사용된다. 용도는 산업기기나 전자기기의 전류 측정입니다. 구체적으로 인버터 기기의 전류 측정, 모터의 부하 전류, 스위칭 전원의 측정, LED 조명의 구동 회로 평가 등 다양합니다.

전류의 크기와 용도에 따라 대전류용, 미소전류용, 고속전류용 등 다양한 기종이 판매되고 있습니다. 또한, 직류 및 교류 전류 모두 측정할 수 있는 전류 프로브와 교류만 측정할 수 있는 교류 전용 전류 프로브가 있습니다.

전류 프로브의 원리

전류 프로브는 전원 케이블에 전류가 흐를 때 발생하는 자속을 이용하기 때문에 전류계를 삽입하는 경우와 달리 피측정 회로를 절단하지 않고도 측정할 수 있습니다. 전류 프로브의 헤드부(케이블을 끼우는 부분)는 변압기의 코어와 마찬가지로 고투자율 자성 재료(퍼멀로이 등 철계 재료)를 사용하여 케이블에서 발생하는 자속을 가두는 구조로 되어 있습니다.

단, 교류 전용 전류 프로브와 교류 겸용 전류 프로브는 자속을 검출하는 방법이 다릅니다.

1. 교류 전용 전류 프로브

변압기는 1차측에 가해진 교류를 2차측에서 권선비에 따라 전압과 전류로 변환할 수 있는 것입니다. 전류 프로브에서 코어로 둘러싸인 공간에 교류가 흐르는 케이블이 놓이면 변압기의 1차측 권선과 같은 역할을 합니다.

또한, 코어에는 2차측 권선에 해당하는 코일이 감겨져 있으며, 코어 내의 자속 변화에 따라 그 양단에 나타나는 전압에서 케이블에 흐르는 전류 값을 알 수 있습니다. 교류 전용 전류 프로브는 주로 이 방식을 채택하고 있습니다.

그러나 직류에서는 자속의 변화가 없기 때문에 2차측 권선에 전압이 나타나지 않는다. 따라서 변압기 원리를 이용한 위의 방법은 사용할 수 없습니다.

2. 교류 겸용 전류 프로브

직류 전류도 측정할 수 있는 교류 겸용 타입은 홀 소자를 코어 내부에 내장한 헤드부를 사용합니다. 홀 소자는 직류, 교류 모두 홀 효과에 의해 자속 밀도에 따른 전압을 출력하기 때문에 이 전압을 오실로스코프 단자에 입력하면 전류값(파형)이 디스플레이에 그려지게 됩니다.

전류 프로브의 기타 정보

1. 전류 프로브 조정

전류 프로브를 사용할 때 사전에 조정해야 할 사항으로 다음 두 가지가 있습니다.

오프셋 취소
교류용 전류 프로브는 직류에서 120MHz 정도의 교류까지 측정할 수 있어 사용하기 쉽지만, 전류의 검출에 홀 소자를 사용하고 그 출력을 DC 증폭기로 증폭하여 오실로스코프의 입력 단자에 연결하기 때문에 DC 오프셋을 피할 수 없습니다. 따라서 정확한 측정을 위해서는 이 오프셋을 제거해야 합니다.

절차는 다음과 같습니다.

• 프로브 끝 부분의 코어 잔류 자기를 제거하기 위해 디가우징 처리를 수행합니다.
• 오프셋 전압 조정 기능을 사용하여 오실로스코프 표시가 0A가 되도록 조정합니다.
• 이 조정이 끝나면 전류 프로브를 측정 대상 회로에 설치합니다. 그러나 장시간 측정이 계속되면 DC 오프셋이 점차적으로 변동하여 0A의 위치가 바뀌기 때문에 가끔씩 위의 절차를 반복해야 합니다.

기울기 조정
전원 회로의 전력 측정과 같이 전류 프로브와 전압 프로브를 사용하여 전류 파형과 전압 파형을 동시에 관찰하는 경우, 오실로스코프 본체에 도달하는 신호의 지연 시간이 프로브마다 다르기 때문에 신호 파형의 위상 조정, 소위 스큐 조정이 필요합니다. 전력 측정 데스크 픽스처 등의 명칭으로 조정용 장비가 판매되고 있으므로, 이를 이용하여 프로브 간 위상 조정을 실시합니다.

2. 교류 프로브의 측정 대상

교류 프로브는 앞서 설명한 바와 같이 변압기의 원리를 이용하여 피측정 회로에 흐르는 전류를 검출하지만, 낮은 주파수의 전류에서는 파형이 작게 관측됩니다. 특히 저속 펄스 신호는 처짐으로 인해 파형이 왜곡됩니다.

따라서 직류를 포함한 저주파수 신호를 측정할 때는 교류용 전류 프로브를 선택하는 것이 중요합니다.

3. 전류 프로브의 주파수 특성

전류 프로브가 처리할 수 있는 전류의 크기는 주파수에 따라 달라지며, 주파수가 높아질수록 측정 가능한 전류가 감소합니다. 이는 주파수가 높을수록 코어와 변압기의 발열이 심해지기 때문입니다.

측정하고자 하는 전류의 주파수에 따라 사용할 프로브의 모델을 선택해야 합니다.

4. 삽입 임피던스의 영향

전류 프로브를 측정 대상 회로에 설치하는 것은 측정 대상 회로에 작은 임피던스를 삽입하는 것입니다. 이 임피던스가 회로에 미치는 영향은 작기 때문에 일반적으로 무시해도 무방합니다.

그러나 미세 전류를 측정하기 위해 전류가 흐르는 라인을 코어에 여러 번 감으면 앞서 언급한 임피던스는 감은 횟수의 몇 배로 커지기 때문에 측정 대상 회로에 영향을 미칠 가능성이 높아집니다.

토크계란?

토크계는 축에 걸리는 회전 방향의 힘을 측정하는 장치로, 토크라고 합니다.

스프링의 탄성력이나 센서를 이용하여 회전 방향의 힘을 수치로 구할 수 있습니다. 아날로그식은 토크계 자체로 수치 표시가 가능하지만, 디지털식은 수치 표시기와 작동을 위한 전원이 필요합니다.

토크에는 정적 토크와 동적 토크가 있으며, 측정 목적에 따라 어느 쪽을 측정해야 하는지 미리 결정해야 합니다. 최근에는 둘 다 측정할 수 있는 타입이 널리 보급되고 있습니다.

토크계의 사용 용도

토크계는 축에 회전력을 가하여 회전 방향의 힘을 수치로 측정하는 데 사용합니다. 나사의 조임력이나 용기 뚜껑을 열고 닫는 토크, 축이나 보 등 구조 부재의 비틀림 강성 등을 실제 수치로 측정하고 관리하기 위해 사용됩니다.

최근에는 토크뿐만 아니라 왜곡이나 축의 회전수를 동시에 측정할 수 있는 제품도 많습니다. 토크를 측정하고 관리하는 것은 장비의 적절한 작동, 유지보수뿐만 아니라 수명 및 고장 시 안전성을 확보하기 위해 매우 중요한 항목입니다.

토크계의 원리

가장 간단한 토크계의 원리는 축에 직접 연결한 토크계를 회전시켜 스프링 등의 반발력으로 회전력을 수치로 표시하는 것입니다. 최근에는 센서를 이용하여 회전 시 왜곡을 축의 비틀림 각도로 측정하여 토크를 산출하는 것, 직접뿐만 아니라 간접적으로 토크를 측정하는 타입 등 다양한 종류의 토크계가 있습니다.

회전축에는 모터 등의 회전을 전달하는 동력원과 터빈 등의 회전을 이용하는 기구가 반드시 붙어 있기 때문에 축의 끝단에 눈금이 있는 기계식 토크미터는 사용을 위해 두 기구 중 하나를 떼어내야 합니다.

축의 중간에 삽입하는 타입의 토크미터도 있지만, 토크미터를 설치하기 위해 축을 분리하는 것은 동일합니다. 따라서 토크계를 설치할 때 설치 및 제거를 고려해야 합니다.

토크계의 기타 정보

1. 토크 미터로 모터 테스트

토크계에는 비회전식 왜곡 게이지식, 회전식 자기 왜곡식, 왜곡 게이지식 등이 있습니다. 회전식 토크계는 실험 및 연구 목적, 제품 품질 관리 등의 목적으로 사용됩니다. 토크는 타이어의 너트 조임 등에서 자주 접할 수 있으며, 너트의 종류에 따라 규정된 토크가 다릅니다.

또한 모터에서도 토크는 중요한 역할을 한다. 모터는 철도, 자동차 외에도 펌프, 압축기, 엘리베이터 등 많은 곳에서 사용되고 있습니다.

그리고 모터 제조에서는 최종적으로 토크계를 통해 원하는 토크 값이 맞는지 확인하는 데 사용합니다. 일반적으로 모터가 제조된 후에는 모터 시험기에서 모터에 부하를 걸어 센서형 토크계로 측정을 합니다.

2. 토크계 사용법

토크계는 비회전형과 회전형이 있습니다.

비회전형
비회전형은 게이지가 부착되어 있으며, 측정하는 기기에 장착하여 토크를 가했을 때 게이지에 값이 표시되는 것입니다. 자동차 타이어를 조일 때 확인하는 토크 렌치는 규정 토크를 설정하고 그 값이 되면 렌치에서 소리가 나면서 조여진 것을 확인할 수 있다. 원래의 토크는 교정 장비로 확인이 가능하기 때문에 규정된 값으로 설정하기만 하면 원하는 조임을 달성할 수 있습니다.

회전식
회전식은 주로 모터의 토크 측정에 사용되며, 모터의 코어에 커플링을 통해 토크 미터를 설치합니다. 토크계 외에도 장비의 신호를 수신하는 장비와 온라인에서 확인할 수 있는 컴퓨터 등의 주변기기들이 필요합니다.

토크계는 축에 가해지는 토크에 의해 발생하는 축의 비틀림과 왜곡을 측정하기 때문에 모터를 회전시켜 부하에 따른 신호를 토크라는 값으로 변환하여 측정합니다.