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압력 스위치란?

압력 스위치는 공기나 액체 등의 유체에 의한 압력을 감지하는 센서의 일종입니다. 압력의 절대값의 크고 작음에 따라 스위치를 작동시키거나, 임의의 압력 값에 대한 변화량의 크기에 따라 스위치를 작동시키기도 합니다.

압력 스위치의 센서에는 내장된 압전소자에 흐르는 전류량, 전압의 변화를 바탕으로 압력 변화를 감지하는 반도체 피에조 저항 확산형 압력 센서와 가동극이 달린 커패시터가 내장되어 외부 압력에 의한 커패시터의 커패시턴스 변화로 압력 변화를 감지하는 커패시턴스형 압력 센서가 있습니다.

압력 스위치의 사용 용도

압력 스위치는 다양한 용도로 사용됩니다. 프레스 기계, 성형기기 등의 제어에 사용되며, 자동차의
엔진오일, 기차의 제동압력 제어에도 사용됩니다.

또한, 부식성, 독성이 있는 화학물질과 접촉하는 가혹한 장소에서도 압력 스위치를 사용할 수 있습니다. 이 외에도 가연성 물질을 취급하는 곳에서 사용하는 방폭형 압력 스위치도 판매되고 있습니다. 화학 산업, 석유, 가스 산업 등 화학물질을 일상적으로 취급하는 현장에서 이러한 압력 스위치가 사용됩니다.

이외에도 에어컨의 컴프레서나 냉각가스, 진공청소기의 흡입 등 풍량 관리, 생산 장비의 펌프나 컴프레서의 압력 관리 등에도 압력 스위치가 활용되고 있습니다.

압력 스위치의 원리

압력 스위치의 원리 압력 스위치는 압력의 변화를 전기 신호로 변환합니다. 압력의 변화를 표현하는 방법은 세 가지가 있는데, 첫 번째는 대기압을 기준으로 양압과 음압으로 표기하는 방법, 두 번째는 압력의 절대값으로 표기하는 방법, 세 번째는 임의의 압력에 대한 변화인 차압으로 표기하는 방법입니다.

압력을 전기 신호로 변환하는 방법은 두 가지가 있는데, 첫 번째는 반도체 피에조 저항 확산형 압력 센서입니다. 이는 특정 물질에 압력을 가하면 전압이 발생하는 ‘압전 효과’를 이용한 것으로, 압력의 변화량 크기에 따라 전압의 변화량도 결정되기 때문에 전압의 변화량으로 압력의 변화량을 구할 수 있습니다. 이 센서에 압력을 가하면 가동극이 변형되어 커패시터의 커패시턴스가 변화합니다. 이 변화량으로 압력의 변화량을 구할 수 있습니다.

압력 스위치의 종류

압력 스위치는 설치하는 환경, 접촉하는 유체의 종류, 감지하고자 하는 압력의 크기에 따라 사용하는 기기가 달라집니다. 유체가 공기의 경우 공기용 압력 스위치를 사용하고, 유체가 액체의 경우 범용 유체용 압력 스위치를 사용합니다. 또한 유기용제, 천연가스와 같은 가연성 물질과 접촉하는 환경에서는 방폭형 압력 스위치를 사용합니다.

그 외 부식성, 독성이 강한 물질과 접촉하는 환경에서는 내약품성 압력 스위치를 사용합니다. 유해성이 높은 물질이 존재하는 곳에서 사용하는 경우, 센서 내부뿐만 아니라 스위치의 각 부품의 내약품성 여부를 확인하는 것이 좋습니다.

배선 덕트란?

배선 덕트는 배전반이나 분전반, 조명기구 등의 배선을 모아 내부에 수납하여 배선 동선을 확보하면서 보호하기 위해 사용됩니다.

배선 덕트의 형태는 예를 들어 그림과 같이 사각형의 관형 케이스가 일반적입니다. 매장 등 실내 조명기구 배선을 위한 배선 덕트에는 그림과 같이 가는 배선을 몇 가닥만 통과시키는 레일 형태의 배선 덕트도 많이 사용됩니다.

배선 덕트의 형태

그림 1. 배선덕트의 일반적인 형태(왼쪽) / 라이팅 레일 구조도(오른쪽)

이러한 형태의 것은 배선 덕트 외에도 라이팅 레일, 덕트 레일 등도 일반적인 호칭입니다. 이러한 라이팅 레일은 배선을 정리하고 보호하며, 배선 동선을 확보하는 것 외에도 미관을 유지하는 역할을 합니다.

매달려 있는 조명기구인 천장 조명 등을 걸 때 배선 덕트 대신 전원이 있는 후크 실링을 사용하기도 합니다.

배선 덕트의 사용 용도

배선 덕트는 앞서 설명한 것처럼 전선을 정리하기 위한 부재입니다.

실외에서는 태양광 발전의 배선에 많이 사용됩니다. 또한, 빌딩이나 상업시설과 같은 대규모 건물에 전기를 공급할 때 변압장치 큐비클과 병설되어 실제로 전기를 동력으로 보내는 배전반에 사용하는 것도 일반적입니다. 배전반은 큐비클과 함께 옥외에 설치되는 경우가 많기 때문에 배선 덕트도 옥외에서 사용됩니다.

이러한 실외에서 사용되는 배선 덕트는 비와 바람에 노출되기 때문에 방수성이 있고 견고한 재질의 제품이 적합합니다. 이 밖에도 옥외용 배선덕트로서 이중구조로 되어 있어 외부는 내후성이 우수하고 내부는 자기소화성이 있는 제품들이 개발되고 있습니다.

또한, 배선 덕트는 주택의 배전반에서 각 방으로 연결되는 배선이나 주택이나 점포의 조명 배선을 보호하는 용도로도 사용됩니다. 이러한 배선 덕트에는 환경 친화적이고 연소시 유독가스가 발생하지 않는 비할로겐 소재 등이 적합합니다. 특히 EU의 법률인 RoHS에서는 지정된 할로겐을 사용하지 않는 제품을 요구하고 있습니다.

배선 덕트의 원리

배선 덕트는 전선이 노출되지 않도록 정리하여 배선 동선을 확보함과 동시에 전선을 보호하는 역할을 합니다.

이 때문에 앞서 언급한 바와 같이 실외용은 비바람에 강하고 방수성이 뛰어나 기후에 영향을 받지 않는 소재가 많이 사용됩니다.

반면, 실내용은 특히 화재에 대한 신뢰성이 높은 소재를 선호하며, 연소시 유독가스를 배출하지 않는 소재가 사용됩니다.

배선 덕트의 기타 정보

1. 배선 덕트의 재질

배선 덕트를 설치하는 장소와 용도에 따라 난연성, 내후성 등이 요구되므로 용도에 맞는 재질을 선택해야 합니다.

알루미늄
알루미늄으로 만든 배선 덕트는 표면을 아노다이징 처리하여 내식성이 강화되어 있습니다. 같은 크기와 구조의 철재에 비해 30% 정도 가볍습니다.

폴리페닐렌옥사이드(PPO)
폴리페닐렌옥사이드는 할로겐을 포함하지 않는 소재입니다. 다만, 에테르나 휘발유, 유기용제 등이 부착되면 균열이 생길 수 있으므로 사용에 주의해야 합니다.

폴리프로필렌
폴리프로필렌 역시 할로겐을 포함하지 않는 친환경 소재입니다. 내유성과 난연성도 높고, 스테인리스 등에 비해 가볍기 때문에 항공기나 철도차량에 사용되어 경량화에도 기여하고 있습니다.

폴리염화비닐(PVC), 경질 PVC
폴리염화비닐(PVC), 경질 PVC 모두 많이 이용되는 소재입니다. 탄성이 있고 부식 염려가 없으나 할로겐 사용 소재입니다. 단, 절연성을 강화하여 자기 소화성이 있는 재질도 개발되고 있습니다.

2. 배선 덕트의 형태와 설치 방법

배선 덕트의 형태는 그림과 같이 사각형의 관형 케이스가 일반적이지만, 이 측면이나 하단에 구멍이 뚫린 제품도 많이 사용됩니다. 단, 이 구멍을 통해 먼지 등이 유입되기 때문에 먼지가 쌓이기 쉬운 장소 등에는 구멍 등의 가공이 없는 제품이 적합합니다.

또한, 배선 덕트의 형태는 배선을 쉽게 넣을 수 있도록 관의 상하 방향으로 절개 가공된 제품이나 니퍼 등으로 구멍을 뚫어주는 제품도 일반적입니다.

배선 덕트의 설치 방법에도 종류가 있습니다.

천장 직결형
천장에 직접 설치하는 타입으로 배선 덕트로는 가장 일반적입니다. 쉽게 설치할 수 있습니다.

또한 배관 덕트끼리 연결하거나 배관 덕트의 종점을 막는 캡으로 L형, T형 등 다양한 종류가 있어 배관 덕트를 자유자재로 배치할 수 있고, 내부 배선도 자유롭게 배치할 수 있습니다.

천장 매립형
천장에 직접 매립하는 타입으로, 직부착형과 달리 전체적으로 실내를 깔끔하게 보이게 할 수 있습니다.

천장 매립형
천장이 높은 방에서 사용하는 타입으로, 이 형태를 사용하면 조명기구를 낮은 위치에 설치할 수 있습니다.

간이 설치형
일반 가정에 있는 천장이나 로제트 등 전기 배선이 연결되는 곳에 설치할 수 있는 편리한 제품입니다.

이처럼 배선덕트에는 다양한 설치 방법이 있어 용도와 취향에 따라 다양한 형태로 설치할 수 있습니다.

또한, 재질, 색상 등도 다양한 종류가 있어 설치 방법과 재질, 색상 등을 고려하여 사용 장소와 조명기구에 맞는 자신의 취향에 맞는 제품을 선택할 수 있습니다.

3. 레이스웨이와의 차이점

배선덕트 외에 조명기구를 설치하기 위한 일반적인 부재로 레이스웨이가 있는데, 양자의 차이점을 소개하면 다음과 같습니다.

먼저 레이스웨이의 가장 큰 특징은 전기를 공급하는 기능을 가지고 있다는 점입니다.

따라서 형광등 등을 설치하는 데 사용되는 설비로 사용되며, 공장이나 창고 등에서 많이 사용됩니다. 그리고 일반적으로 폭이 5cm 이하인 것을 레이스웨이, 그 이상은 배선덕트로 분류하는 것이 일반적입니다.

배선덕트는 일반 가정을 비롯해 실내 분위기를 높이기 위한 스포트라이트나 다운라이트 등이 필요한 카페, 부티크 등에 많이 설치되며, 조명기구의 탈부착이 용이해 사용 목적에 따라 조명기구의 이동이나 종류를 변경할 수 있습니다.

반면, 레이스웨이는 공장이나 창고에서 주로 사용되기 때문에 배선 덕트만큼 조명기구의 이동이나 종류 변경에 대응할 필요가 없고, 교체 등에 따른 기능도 많지 않습니다.

카운터란?

카운터는 숫자를 세는 장치나 도구 또는 부품을 말합니다. 영어의 Count가 어원입니다.

숫자를 세는 경우, 숫자가 적으면 쉽게 세어 기억할 수 있지만, 숫자가 많아지면 기억력만으로는 힘들어집니다. 그래서 사람을 대신해 숫자를 정확하게 세어주는 기기가 바로 카운터입니다.

카운터의 사용 용도

사람이 숫자를 기억하기 위해 사용하는 카운터를 계수기라고 합니다. 교통량 조사에서 차량 통행량을 세는 경우 등에 사용합니다. 현재는 스마트폰 앱 등으로 계수기를 대체할 수도 있습니다.

전기 부품으로 산업용 기기에 내장된 카운터도 존재합니다. 디지털 카운터라고 불리며, 주로 생산 현장의 제어반 내부에 사용되며, 한 배치에 같은 동작을 여러 번 반복하는 경우에는 디지털 카운터를 사용하여 자동화를 측정할 수 있습니다.

카운터의 종류

디지털 카운터에는 프리셋 카운터와 토탈 카운터가 있습니다.

1. 프리셋 카운터

미리 설정된 수치에 카운트 수가 도달했을 때 제어 신호를 출력합니다.

입력 신호는 펄스 신호나 접점 개폐 신호가 일반적입니다. 출력 신호는 접점 출력이나 트랜지스터 출력 등의 디지털 신호가 사용됩니다.

카운터의 출력을 정지하고 싶을 때는 리셋 처리를 실시합니다. 리셋 처리는 누름 버튼이나 리셋 단자 단락 등으로 할 수 있습니다.

프리셋 카운터는 카운터 자체에 전기를 공급하는 보조 전원을 필요로 하는 제품도 많다. 보조전원은 교류전원이나 직류전원 등을 선택하여 구입합니다.

2. 토탈 카운터

카운트 값을 표시하는 기능만을 가진 카운터입니다. 접점이나 펄스 입력을 카운트하여 출력 화면에 표시합니다.

토탈 카운터도 리셋 처리를 통해 표시를 0으로 되돌릴 수 있습니다. 리셋 처리는 프리셋 카운터와 마찬가지로 누름 버튼이나 리셋 단자로 리셋 처리를 합니다.

토탈 카운터는 배터리를 내장하여 보조전원이 필요 없는 제품도 많이 판매되고 있습니다. 상기 외에도 접점 출력의 지속 시간을 측정하는 타임 카운터 등도 존재합니다.

또한, 신호가 입력될 때마다 카운트 값이 증가하는 가산 카운터와 반대로 감소하는 감산 카운터 등도 있습니다. 카운터는 종류도 많고 사양도 다양하기 때문에 용도에 맞는 것을 정확하게 선택해야 합니다.

카운터의 원리

수취기의 경우, 누름 버튼의 인력으로 문자차를 돌려서 출력합니다. 내부 회로는 기어로 문자차를 구동할 뿐이며, 리셋 버튼도 사람의 힘으로 문자차를 0으로 되돌릴 수 있습니다.

디지털 카운터는 크게 ‘카운트 값을 표시하는 표시부’, ‘입력 신호를 받아 동작하는 내부 회로’, ‘수치 리셋이나 프리셋을 위한 조작부’의 세 가지로 나뉩니다.

버튼에 의한 입력이나 센서 등을 이용한 디지털 입력 등 다양한 방법으로 입력 신호를 카운터에 전송합니다. 디지털 카운터는 접점에 의한 입력이 일반적입니다. 접점이 있는 누름 버튼을 사용하면 누름 버튼 입력으로 변환할 수도 있습니다.

내부 회로는 항상 현재 값을 유지합니다. 초기값은 일반적으로 0이지만 임의로 설정할 수도 있습니다. 입력 신호를 받은 카운터의 내부 회로는 현재 값에 +1을 더한 값을 표시부에 표시합니다.

프리셋 카운터를 사용하는 경우, 프리셋을 통해 출력 신호를 발신할 수 있습니다. 설정값과 현재값을 비교하여 설정값과 같으면 출력 신호를 출력합니다.

동작이 끝나면 카운터는 입력 신호의 입력 대기 상태가 되어 다음 동작을 준비합니다. 이러한 일련의 동작을 반복하여 숫자를 카운트하고, 그 숫자를 표시부에 계속 표시합니다.

표시부에는 문자판에 의한 표시와 디지털 표시 등의 종류가 있습니다. 문자판으로 표시하는 것은 대부분 전자기 카운터라고 하며, 전자석으로 문자판을 돌린다. 전자기 카운터의 경우 전원이 없어도 표시를 유지한다는 장점이 있습니다.

최근에는 디지털 디스플레이 카운터도 많이 사용되고 있습니다. 디지털 디스플레이의 경우 전원이 필요하지만, 발광하는 것은 어두운 곳에서도 쉽게 볼 수 있다는 장점이 있습니다.

O-링이란?

O-링 O-링은 파이프 등에서 유체의 누출을 방지하기 위해 사용하는 씰입니다.

단면이 원형으로 O자 모양을 하고 있어 이렇게 불립니다. 씰링하는 부분의 부재로 압착하여 사용하기 때문에 재질은 고무나 실리콘 등 탄력이 있는 것이 주를 이룹니다.

개스킷이나 패킹 등과 비슷한 용도로 사용되지만, O-링은 사용방법이나 제거 등 유지보수의 용이성, 저렴한 가격 등의 이유로 다양한 곳에서 널리 사용되고 있습니다.

O-링의 사용 용도

O-링은 파이프 등에서 유체의 누출을 방지하기 위한 밀봉재로 사용합니다. 또한, 전자현미경과 같이 고진공이 필요한 기기 내부에 가스가 들어가지 않도록 하기 위해서도 사용됩니다.

O-링은 사용 시 링을 위한 홈이 필요합니다. 이는 밀봉을 위해 오링을 압착하여 사용해야 하기 때문에 오링이 적절한 모양으로 변형되거나 적절한 압력을 가할 수 있도록 하기 위해서 입니다.
또한 개스킷이나 패킹과 달리 O-링은 고정식 또는 가동식으로 사용할 수 있습니다. 이때 사용 부위에 따라 적절한 경도의 O링을 선택하는 것이 중요합니다.

O-링의 원리

그림 1. O-링의 원리

O-링은 압착에 의해 변형되어 씰링 부분의 틈새를 막고, 압착 시 반발력에 의해 씰링이 이루어집니다. 따라서 O-링은 설치용 홈에 끼워서 사용합니다. O-링에 압력을 가하면 O-링은 홈에서 튀어나오는 방향으로 변형됩니다. 따라서 홈이 너무 크면 O-링이 부재 밖으로 튀어나와 그 부분부터 열화가 진행되어 결국 씰링 기능을 상실하게 됩니다.

또한, 유체 압력이 높아지면 그 압력으로 인해 O-링이 밀려나와 돌출로 인해 씰링 기능이 저하됩니다. 백업 링을 사용하면 O-링의 돌출을 방지할 수 있으며, 유체 압력이 6.9MPa 이상에서는 백업 링을 사용하는 것이 바람직합니다.

또한, 사용 부분의 부재로 오링을 압착할 때는 변형으로 인한 밀봉을 보장하기 위해 압착 여유를 고려하여 홈 깊이를 결정해야 합니다. 적절한 홈 깊이와 O링의 두께(단면 직경)는 JIS 표준을 참고하면 쉽게 선정할 수 있는데, JIS 표준에서는 O-링의 압착률이 두께의 약 8~30%가 되도록 홈 치수를 규정하고 있습니다.

JIS 규격에는 O-링의 종류와 용도에 따라 재질과 경도도 정해져 있기 때문에 용도에 맞는 사용법이 요구됩니다.

O-링의 기타 정보

1. O-링의 재질

O-링에 사용되는 재질의 일례를 소개합니다.

NBR (니트릴 고무)

O-링에 사용되는 가장 일반적인 소재입니다. 내유성과 내마모성이 우수하고 안정적인 내열성을 가지고 있습니다. 일반적인 산업 기계에 사용되고 있습니다. 단, NBR 중에서도 JIS 규격, ISO 규격에 있는 재료 번호에 따라 성능이 더욱 세분화되어 있기 때문에 선정 시에는 규격 확인 후 적합한 재질을 검토해야 합니다.

FKM (불소고무)

내열성, 내유성이 우수한 소재입니다. 재질 번호에 따라 내산성, 내알칼리성이 우수한 것이 있어 약액을 취급하는 기기에 널리 사용되고 있습니다. 또한 고압 기기에 사용되거나 저온 기기에 사용되는 경우도 있습니다. 가격은 NBR에 비해 높습니다. 이 역시 NBR과 마찬가지로 재료 번호에 따라 성능이 세분화되어 있기 때문에 규격과 용도를 확인하여 재질을 결정해야 합니다.

FFKM (퍼플로우 엘라스토머)

내열성이 우수하고 합성고무 중 내화학성이 가장 우수한 소재입니다. 통칭 퍼프로입니다. 약품에 의한 O-링의 팽창이 잘 일어나지 않는 소재입니다. 가격은 FKM보다 더 비싸며, 크기에 따라 다르지만 10만원 전후~/개라는 놀라운 가격입니다. 위험물 등 절대적으로 누출을 막아야 하는 경우 등에 도입하고 있습니다.

주요 메이커에서 각종 O-링이 생산, 판매되고 있습니다. 선정 시에는 과거 실적이나 재고관리 측면에서도 통일성을 가지면서 적절히 선정해야 합니다.

2. O-링의 규격 (P, G, V)

O-링에는 다양한 규격이 있는데, 여기서는 그 중 일부를 소개합니다. 일반적으로 사용 빈도가 높은 O-링은 P-〇〇, G-〇〇, V-〇〇 등으로 표기되어 있습니다. 각각의 머리글자에는 다음과 같은 의미가 있어 사용 목적에 따라 구분하여 사용합니다.

• P (Packing의 머리글자)
  운동용, 고정용 O-링으로 사용됩니다.
• G (Gasket의 머리글자)
  고정용 O-링으로 사용됩니다.
• V (Vacuum의 머리글자)
  진공용 O-링으로 사용됩니다. 모두 선의 두께으로 구분할 수 있습니다. 또한 각 규격별로 대응표가 있으므로 선정 시 확인이 필요합니다.

 

적외선 램프란?

적외선 램프는 적외선을 방출하는 것의 총칭입니다.

전자파는 파장의 대역에 따라 분류되며 파장이 짧은 순서대로 나열하면 γ선, x선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파, 전파가 있습니다. 이 중 대체로 400nm~800nm의 대역을 가시광선이라고 하며, 사람의 눈으로 가시화할 수 있습니다. 적외선은 대체로 800nm~1mm의 대역을 말하며, 이 중 800nm~2,500nm를 근적외선, 2,500nm~4,000nm를 중적외선, 4,000nm~1mm를 원적외선이라고 합니다.

가시광선과 인접한 자외선과 적외선은 특정 조건에서 간접적으로 가시화할 수 있는 성질을 가지고 있습니다. 따라서 전자파이면서도 빛과 같은 취급을 받기도 하고, 전자파를 방출하는 것이지만 램프라고 칭하기도 합니다.

적외선 램프의 사용 용도

적외선 램프는 크게 조명용과 난방용 두 가지로 나뉩니다. 조명용은 IR (Infrared)이라고도 하며 대체로 근적외선을 사용하는 경우가 많습니다.

가열용은 근적외선을 이용한 것과 원적외선을 이용한 것 모두 있습니다.

1. 조명으로서의 용도

사람의 눈은 가시광선만 볼 수 있지만, 카메라 등에 사용되는 CCD(Charge Coupled Device) 소자에는 대부분의 제품에 수광 감도 특성이 있습니다. 제품에 따라서는 근적외선을 수광할 수 있는 제품도 있으며, 적외선 카메라 등으로 판매되고 있습니다.

적외선 카메라는 적외선으로 발광하는 물체나 조명된 물체를 영상화하기 때문에 그 조명용 기기로 적외선 램프를 사용합니다. 이 경우 적외선은 사람의 눈에는 보이지 않기 때문에 빛 공해가 없거나 은밀성이 있다는 장점이 있습니다. 방범용 카메라와 함께 사용되기도 합니다.

그 외에도 검사 장치, 가공 장치 등의 조명 장비로 적외선 램프가 사용되고 있습니다. 물에는 O-H 신축진동의 기준 진동이 있는 2,600nm~2,700nm 부근에 흡수 스펙트럼이 있어 이 파장의 적외선을 흡수하는 성질을 가지고 있습니다. 물은 산업, 의료, 식품 등에서 밀접한 관계가 있어 매우 많은 곳에서 사용되는 물질입니다.

2. 가열로서의 용도

앞서 언급했듯이 물은 적외선을 흡수하는 성질이 있습니다. 흡수된 적외선의 에너지는 열로 변환된다. 따라서 수분을 효율적으로 가열할 수 있어 난방이나 가열 가공, 건조 등의 용도로 적외선 램프가 활용되고 있습니다.

가열용 적외선 램프는 적외선 히터, 시즈히터, 세라믹 히터 등으로 불리기도 하지만, 모두 적외선을 방출하는 적외선 램프입니다.

적외선 램프의 원리

1. 조명용 적외선 램프

조명용 적외선 램프는 대부분 적외선 LED로 구성되며, LED(Light Emitting Diode)에는 적외선에 특화된 발광을 하는 것이 있는데, 이를 적외선 LED라고 합니다.

대체로 800nm~1,500nm 대역의 제품들이 상용화되어 있는데, 모두 발광 파장 대역이 좁아 임의의 파장을 쉽게 얻을 수 있는 것이 특징입니다. 이 LED를 사용하여 만든 적외선 램프가 조명용으로 많이 사용되고 있습니다.

2. 가열용 적외선 램프

난방용으로 사용되는 적외선 램프는. 할로겐 히터 램프, 카본 히터, 니크롬 히터, 적외선 리플렉터 램프 등을 열원으로 하는 구조로 되어 있습니다. 이외에도 열원의 니크롬선 등을 세라믹으로 덮은 세라믹 히터, 열원의 니크롬선 등을 산화마그네슘으로 절연하여 금속관 등에 매립한 시즈 히터 등이 있습니다.

적외선 램프 선택 방법

적외선 램프는 앞서 언급한 바와 같이 조명용과 가열용 두 가지로 나뉘기 때문에 선택 시 용도를 명확히 하는 것이 중요합니다. 특히 난방용은 다양한 제품이 있습니다.

용도, 크기, 전력 등을 고려하여 선택해야 합니다.

압착 단자란?

압착 단자는 전선 단자에 사용하는 단자 재료의 일종이다. 압착은 단자와 전선을 공구 등으로 소성 변형시켜 기계적으로 결합하는 방법입니다.

압착 단자의 크기는 결합하는 전선의 굵기와 단자대의 나사 직경에 따라 다양한 종류가 있습니다. 또한, 단자대에 연결하는 방법도 나사 고정과 나사 체결 등의 방법이 있습니다.

나사 고정으로 단자대에 연결하는 경우 압착 단자의 형태는 다양하게 선택할 수 있으며, Y형 단자나 나사고정형 단자는 작업성이 좋은 반면, 조임이 느슨하면 빠질 위험이 있으므로 주의해야 합니다.

압착 단자의 사용 용도

압착단자는 단자대나 전선끼리 견고하게 연결할 때 사용합니다.

일반 가정에서는 에어컨 실외기와 실내기를 연결하는 배선 단자 등에 사용합니다. 시공업체가 마무리 작업을 하기 때문에 눈에 잘 띄지 않습니다.

산업용으로는 통신 배선부터 전력 케이블까지 다양하게 사용됩니다. 주로 케이블을 사용할 때 단자에 사용합니다.

잘못된 공구를 사용하거나 작업 실수로 인해 압착이 불완전할 수 있습니다. 불완전한 압착은 전선의 접촉 저항을 증가시켜 화재 등의 원인이 되므로 주의해야 합니다.

압착 단자의 원리

압착 단자의 고정 원리는 전선 단자와 압착 단자의 소성 변형입니다. 한 번 가공하면 압착된 부분은 되돌릴 수 없으며, 실패할 경우 전선 단자를 잘라내야 합니다.

압착 단자에는 배럴과 단자 두 부분이 있습니다. 배럴은 배선과 연결되는 부분으로, 지정한 배선 심선이 모두 들어갈 수 있는 크기입니다. 압착 단자와 배선 모두 구리 등 유연한 금속 재료로 만들어집니다. 압착 공구로 압착하여 압착하여 견고하게 연결합니다.

단자 부분은 제어반이나 제어기기와 연결하기 위한 부위입니다. 원형, 원형, 막대형 등 다양한 형태가 있으며, 연결 대상에 따라 선택합니다.

압착에 의한 전선 접합은 절연 테이프 등에 의한 접합에 비해 탈착의 위험이 적은 것이 특징입니다.

압착 단자는 Y형과 원형이 많이 사용되지만, JIS 규격을 채택하고 있는 것은 원형뿐입니다. 따라서 JIS 규격이 지정되어 있는 경우 원형이 사용되는 경우가 많습니다. 원형에는 호칭 사이즈가 있어 단자대의 나사산 크기에 맞게 선택해야 합니다.

압착 단자의 종류

압착 단자는 크게 ‘절연 압착 단자’와 ‘베어 압착 단자’의 두 가지로 분류됩니다.

절연 압착 단자는 배럴 부분이 절연체로 덮여 있는 압착 단자를 말합니다. 이미 절연체가 부착되어 있기 때문에 절연 처리의 번거로움이 없고, 연결 단자의 굴곡도 방지할 수 있습니다.

베어 압착 단자는 배럴 부분에 절연체가 없는 단자를 말합니다. 압착 후 배럴 부분은 절연 캡이나 마크 튜브를 씌워 절연 처리하여 사용합니다.

압착 단자의 혀 부분의 모양도 다양한 종류가 있으며, 일반적으로 사용되는 원형 외에도 C형, Y형인 것, Y형에 발톱이 있는 타입도 존재하며, C형, Y형 단자는 나사 부분을 풀어서 연결 및 분리가 가능한 편리함이 있는 반면, 나사 조임이 약하면 분리될 수 있습니다.

압착 단자의 기타 정보

1. 압착 단자 크기 선택 방법

압착 단자의 크기는 적용 전선의 단면적과 구멍의 크기에 따라 선정합니다. 압착 단자에 새겨진 각인은 ‘형상(원형, Y형 등), 적용 전선의 단면적, 나사부의 공칭 직경’을 나타냅니다 (예: 원형에서 적용 전선 5.5mm2, 나사부의 공칭 직경이 R5.5-6인 경우 R5.5-6이라고 표기).

압착 단자에는 다양한 크기가 있으며, 사용하는 전선의 크기와 나사 공칭 직경이 맞지 않으면 연결 불량이 발생할 수 있습니다. 연결 불량은 화재의 원인이 될 수 있으므로 사양을 확인한 후 적절한 압착 단자를 선택하는 것이 중요합니다.

2. 압착 단자에 사용하는 공구

압착 단자를 압착하고 전선을 연결하기 위한 도구로 압착 플라이어가 있습니다.

압착 플라이어는 지렛대의 원리로 배럴 부분을 압착하는 공구입니다. 일반적으로 불완전한 압착을 방지하기 위해 래칫 기능이 있습니다.

압착 플라이어는 플라이어의 손잡이 부분의 색상에 따라 압착하는 대상이 달라집니다. 손잡이 색상에 따라 용도가 정해져 있으며, 압착 단자에는 빨간색 손잡이가 있는 압착 플라이어를 사용합니다. 배럴 부분에 적합한 다이스(압착부의 홈 부분)를 사용하여 압착합니다.

코어리스 모터란?

코어리스 모터는 철심이 없는 소형 모터입니다.

무철심 전동기라고도 합니다. 코어리스 모터의 장점은 철심이 없기 때문에 철손으로 인한 손실이 없다는 것이다. 코깅으로 인한 진동이 없어 조용히 작동합니다.

그러나 발생하는 자력이 일반 모터보다 약하기 때문에 토크가 작습니다.

코어리스 모터의 사용 용도

코어리스 모터는 크기가 작고 진동과 소음, 전자기 장애가 적은 특징을 살려 휴대폰의 진동을 일으키는 진동 모터나 무선 조종기, 로봇의 서보 모터 등에 활용되고 있습니다.

응답성과 제어성이 뛰어나 측량 장비나 카메라 렌즈의 모터, 초음파 내시경, 수술용 드릴 등에도 사용되고 있으며, 특히 의료용도로는 필수 불가결한 모터입니다. 각 제조사마다 독자적인 코일 권선 방식과 재질 등의 개발이 진행되고 있습니다.

코어리스 모터의 원리

일반 모터는 철심에 코일을 감고 그 바깥쪽에 자석을 배치한 구조입니다. 코일에 전류를 흘려 전자기 유도에 의해 발생하는 자기장을 이용해 자석에 회전을 일으킵니다.

코어리스 모터는 반대로 안쪽에 영구자석을 배치하고 자석 바깥쪽에 수지 등을 이용해 컵 모양으로 코일을 감아 철심을 없앴습니다. 코일에 전류를 흘리면 플레밍의 왼손의 법칙에 따라 코일이 회전하는 구조입니다. 코일이 회전하기 때문에 로터라고 부릅니다.

1. 전류에 대한 반응

코어리스 모터는 권선 수의 인덕턴스가 적어 고효율 모터입니다. 입력 전압에 대한 전류 상승의 특성을 나타내는 파라미터로 모터의 전기적 시간 상수가 있습니다.

전류가 피크 값의 63.2%에 도달하는 시간을 나타냅니다. 코어리스 모터는 전기적 시간 상수가 상대적으로 낮기 때문에 전류가 매우 빠르게 반응합니다.

2. 가감속 응답

코어리스 모터는 무게가 가벼워진 만큼 관성이 작은 모터입니다. 관성모멘트는 질량에 비례하여 커지는 관성모멘트를 말합니다.

관성모멘트는 주어진 회전속도로 가속 또는 감속하는 데 필요한 토크인 가감속 토크와 비례관계에 있습니다. 즉, 코어리스 모터에서는 가감속 토크도 작아지기 때문에 급가속, 급감속에 적합한 모터입니다.

내부 자석을 네오디뮴 자석 등 강력한 희토류 자석을 사용함으로써 더욱 소형화 및 토크 확대가 진행되고 있습니다. 소형화, 박형화, 경량화에 기여하고 있습니다.

코어리스 모터의 기타 정보

1. 코어리스 모터의 효율성

코어리스 모터의 경우 철손이 발생하지 않습니다. 철손은 주로 히스테리시스 손실과 와전류 손실로 구성됩니다. 철심의 자기장 보고가 변화함에 따라 발생하는 에너지 손실을 히스테리시스 손실이라고 합니다.

또한 자기장 방향의 변화에 따라 철심 내부에서 전류가 발생합니다. 발생한 전기 에너지는 열이 되어 외부로 빠져나가는데, 이 손실이 와전류 손실입니다.

코어리스 모터의 경우 위와 같은 철손이 발생하지 않기 때문에 고속 회전 시에도 고효율로 작동할 수 있습니다. 코일을 감는 방식에 각 사의 기술력이 나타나면서 낭비를 줄이고 효율을 높이기 위해 고안되고 있습니다.

2. 코어리스 모터와 브러시리스 모터의 차이점

코어리스 모터는 철심(코어)을 사용하지 않고 코일과 자석으로 구성된 모터를 말합니다. 일반적인 철심에 코일이 감긴 모터를 코어드 모터라고 합니다.

브러시리스 모터는 브러시를 사용하지 않고 전자회로로 전류의 방향을 제어해 회전시키는 모터를 말합니다. 반면 브러시와 정류자에 의해 회전하는 모터를 브러시 모터라고 하며, DC 모터(직류 모터)에서는 회전을 지속하기 위해 주기적으로 전류의 방향을 바꿔야 하므로 이를 전자회로로 제어하느냐, 정류자와 브러시로 제어하느냐에 따라 분류합니다.

코어리스 모터는 브러시 모터와 브러시리스 모터로 나뉜다. 코어가 없고 브러시가 없는 모터를 코어리스 브러시리스 모터라고 합니다. 브러시 모터의 경우 로터는 코일, 고정자는 영구 자석입니다. 브러시리스 모터의 경우 로터는 영구 자석, 고정자는 코일입니다.

3. 코어리스 모터의 장점과 단점

장점

• 소형, 경량
• 고속 회전 가능
• 고효율, 저소비전류
• 코깅리스

모터의 무게는 철심이 대부분을 차지합니다. 코어리스 모터는 철심이 없기 때문에 소형화, 경량화를 실현하고 있습니다. 또한, 관성모멘트(관성모멘트)가 작아 응답성과 제어성이 뛰어나며, 모터 효율이 높아 고속 회전이 가능합니다.

코어드 모터의 경우, 철심과 자석이 가까워졌다 멀어지는 동작을 반복하면서 코깅이라는 자력의 걸림이 발생합니다. 하지만 코어리스 모터는 코깅이 발생하지 않기 때문에 부드럽고 조용한 회전이 가능하다는 장점도 있습니다.

단점

• 토크가 작다
• 열에 약하다
• 높은 가격

코어리스 모터는 일반적으로 토크가 작다는 것이 단점입니다. 토크의 크기는 전류 값에 비례합니다. 높은 토크를 내기 위해서는 큰 전류를 흘려야 하는데, 구리선이 가늘고 철심이 없기 때문에 기계적으로 코일이 약해 큰 전류를 흘릴 수 없습니다.

허용 전류값이 작은 코어리스 모터에 큰 전류를 흘리면 열로 인해 코일이 변형되어 모터가 고장날 수 있습니다.

퓨즈란?

퓨즈는 과전류가 발생했을 때 전기 화재나 상위 회로로의 파급을 방지하기 위한 전기-전자 부품입니다.

전기 회로에서 단락, 과부하 등의 이상이 발생하면 전류 값이 회로의 설계치를 초과하는 과전류가 발생합니다. 과전류는 전기회로의 기기 자체의 고장을 초래할 뿐만 아니라, 비정상적인 발열이나 발화로 인해 화재를 유발할 위험도 있습니다.

또한 전원 공급 장치 측의 상위 회로에 전압 강하와 같은 이상이 발생할 위험도 높습니다. 퓨즈는 과전류로부터 이러한 위험을 보호하기 위해 내장되어 있습니다. 회로에 직렬로 연결하여 평상시에는 전류를 흘려보내는 도체 역할을 합니다. 과전류가 발생하면 퓨즈 내 도체 부분이 녹아내려 부하 측 회로의 전원 공급을 차단합니다.

퓨즈의 사용 용도

퓨즈는 산업 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있습니다. 구체적인 사용 용도는 다음과 같습니다.

• 계측 및 제어 회로 보호용
• 자동차용 제어 부품 보호용
• 프린터, 복합기 등 OA기기 보호용
• TV, 에어컨 등 백색가전 보호용
• 고압 송배전망의 변압기 단락 보호용
• 고압 모터의 단락 보호용

과거에는 많은 가정의 배전반에 사용되었으나, 최근에는 한번 끊어지면 교체해야 하는 퓨즈보다 노퓨즈 브레이커가 더 많이 보급되고 있습니다.

그러나 현재도 자동차에는 전기 시스템 보호와 차량 화재 예방을 위해 퓨즈가 사용되고 있습니다. 용도에 따라 다양한 형태를 가지고 있으며, 판형 퓨즈, 블레이드형 퓨즈 등이 있습니다.

퓨즈의 원리

퓨즈는 과전류에 의한 발열로 자체적으로 끊어지는 것이 기본 원리입니다. 주로 입구, 퓨즈 엘리먼트, 하우징 등으로 구성됩니다.

1. 구금

입구는 전기 회로와 연결되는 금속 부분입니다. 유리관 퓨즈 등에서는 퓨즈 링크라고 부르며, Y단자나 블레이드 형태의 퓨즈도 판매되고 있습니다.

2. 퓨즈 요소

퓨즈 엘리먼트는 과전류가 흐를 때 녹아내리는 부분입니다. 퓨즈 소자에 전류가 흐르면 전류 값의 제곱에 비례하는 줄열이 발생합니다. 정격 전류 이하라면 줄열 발생에 따른 온도 상승보다 방열이 우세하여 용단이 일어나지 않습니다. 정격 전류를 초과하면 온도가 상승하여 용단하여 전류를 차단합니다. 일반적으로 용단은 돌이킬 수 없으며, 복귀하려면 퓨즈를 교체해야 합니다.

3. 하우징

하우징은 퓨즈의 요소와 입구를 지지하는 부분입니다. 재질은 유리, 도자기, 수지 등 절연 재료로 구성됩니다. 하우징이 유리관으로 구성된 퓨즈를 유리관 퓨즈라고 합니다.

퓨즈 선택 방법

퓨즈는 주로 정격 전류 값으로 선택합니다. 회로상 부품의 정격전류 값 이하의 정격전류를 선택하면서 오작동으로 인한 회로 차단이 없도록 선택하는 것이 포인트입니다.

선정 시 고려해야 할 전류로는 정상 전류와 돌입 전류 등을 들 수 있습니다. 정상전류는 실제로 사용하는 회로가 안정적일 때 흐르는 전류 값이며, 돌입전류는 회로에 전원을 인가했을 때 발생하는 시동 시 큰 전류입니다. 돌입전류에서는 용단되지 않고, 정상시 정상전류를 초과하면 용단되도록 선정합니다. 용단-시간 특성과 정격 전류를 조합하여 보호 조건을 검토합니다.

용단-시간 특성이란 전류의 크기와 차단되는 시간의 특성입니다. 돌입전류의 지속시간 내에는 용단되지 않도록, 그리고 단락사고 시에는 즉시 용단되도록 선정합니다. 그 외 선정 시 중요한 고려 사항으로 실제 회로를 사용하는 환경 온도가 있습니다. 퓨즈는 열에 의해 용단되는 구조이기 때문에 기기 주변의 대기 온도에 따라 영향을 받기 때문입니다.

퓨즈의 종류

퓨즈는 구현하는 회로의 종류와 환경에 따라 다양한 형태가 있습니다. 대표적인 종류는 다음과 같습니다.

• 전자기판 실장용 퓨즈
• 온도 퓨즈
• 유리관 퓨즈
• 블레이드 퓨즈
• 고압 회로용 한류 퓨즈

사용하고자 하는 유형, 모양이 기성품에 없는 경우, 특주 제작을 해주는 업체도 있습니다. 또한 대부분의 퓨즈는 과전류로 차단하는 전력 퓨즈이지만, 온도에 따라 차단하는 온도 퓨즈도 있습니다.

주변 온도 상승을 감지하여 용단하기 때문에 건조기 등 열을 발생시키는 가전제품 등에 많이 사용됩니다. 온도 퓨즈의 소자는 저항값이 낮아 전류로 인한 발열이 거의 없습니다.

푸시 버튼 개폐기란

푸시 버튼 개폐기는 누름 버튼으로 전동기구를 작동시키는 장치입니다.

동력용과 조작용이 있는데, 푸시버튼 개폐기는 동력용을 지칭하는 경우가 많습니다. 동력용 푸시버튼 개폐기는 모터의 전원을 사람의 손으로 직접 통전시키는 장치로, ON버튼을 한번 누르면 래치기구에 의해 ON이 유지되고, OFF버튼을 누르면 통전상태를 해제하는 장치입니다.

푸시버튼 개폐기의 사용 용도

푸시버튼 개폐기는 다양한 업종에서 사용되는 장치 중 하나입니다. 다음은 푸시버튼 개폐기의 사용 용도의 일례입니다.

• 목공기계 및 공작기계의 동작 제어
• 식품 가공 기계의 제어
• 호이스트 및 크레인 제어
• 펌프 및 히터 제어

대부분의 경우 모터나 히터 구동용으로 사용됩니다.

푸시 버튼 개폐기의 원리

푸시버튼 개폐기는 푸시버튼, 접점, 케이싱 등으로 구성됩니다.

1. 푸시버튼

푸시버튼은 사람이 손가락으로 조작하는 부품입니다. 일반적으로 통전 조작 부분에 ON, 차단 조작 부분에 OFF로 인쇄되어 있습니다. 또한, ON의 경우 배경색이 검은색인 경우가 많고, OFF의 경우 배경색이 빨간색인 경우가 많습니다.

ON용 누름 버튼은 보통은 스프링으로 눌러져 있는 상태입니다. 내부 가동 접점과 연결되어 있으며, 손가락으로 힘을 주어 밀어 넣을 수 있습니다. 버튼을 누르면 내부 래치 메커니즘에 의해 고정됩니다.

2. 접점

접점은 전기를 통하게 하는 금속 부품입니다. 일반적으로 은합금 소재가 사용되며, 동판 등으로 단자대와 연결된다. 단자대에는 원형 단자 등으로 단자 처리를 한 배선을 연결합니다.

접점에는 고정 접점과 가동 접점이 있습니다. 고정 접점은 케이싱과 수지 등으로 절연되어 견고하게 고정되어 있습니다. 가동 접점은 ON용 누름 버튼과 함께 구동되며, 양자가 밀착되어 전기를 통전시킵니다.

3. 케이싱

케이싱은 내부 부품을 외부 환경으로부터 보호하기 위한 부품입니다. 가볍고 절연성이 좋은 ABS 수지가 많이 사용됩니다. 충격에 강한 철을 사용한 푸시버튼 개폐기도 판매되고 있으며, 이 경우 내부의 전기 부품을 합성수지 등으로 케이싱과 절연합니다.

푸시 버튼 개폐기의 종류

푸시 버튼 개폐기는 용도에 따라 몇 가지 종류가 있습니다. 대표적인 푸시버튼 개폐기의 종류는 다음과 같습니다.

1. 방수형

방수형은 내부로 수분이 침입하는 것을 방지하는 푸시버튼 개폐기입니다. 야외에서 사용하기에 적합합니다. 견고한 구조의 제품이 많아 수명이 깁니다.

일반적으로 입선구가 아래를 향하고 있는 것이 특징이며, 입선구에 방수 패킹을 부착하여 빗물 유입을 방지하는 경우도 있습니다.

2. 호이스트-크레인용

호이스트, 크레인 동작에 사용되는 푸시 버튼 개폐기입니다. 모양 때문에 펜던트 스위치라고도 합니다. 이 용도의 경우 일반적으로 동력이 아닌 회로를 대상으로 하는 제품이 많습니다.

ON-OFF의 버튼뿐만 아니라 상하, 동서남북이라는 인쇄가 되어 있습니다. 부저 버튼이나 비상정지 버튼 등이 부착된 제품도 많으며, 10개 이상의 버튼이 있는 제품도 판매되고 있습니다.

3. 가역형

가역형은 3상 모터를 정방향, 역방향으로 제어할 수 있는 푸시버튼 개폐기입니다. 권상기나 윈치 등에 사용합니다. 파쇄기 등에서는 물림 시 해제용으로 가역형을 사용하는 경우도 있습니다.

4. 매립형

매립형은 푸시버튼 개폐기를 벽 등에 매립하여 사용하는 것을 전제로 한 제품입니다. 구동시키지 않기 때문에 배선 부담이 적은 사용 방법입니다. 벽면에 쉽게 설치할 수 있도록 금속판이 부착된 제품도 판매되고 있습니다.

푸시버튼 개폐기를 선택하는 방법

푸시버튼 개폐기를 선택할 때는 사용 용도, 용량, 사용 장소 등에 따라 선택합니다. 사용 용도는 크게 크레인 호이스트용과 동력용으로 구분됩니다. 크레인 호이스트용 푸시버튼 개폐기는 제어회로용이며 허용전류가 낮기 때문에 부하에 직접 통전할 수 없습니다. 직접 부하를 구동시키고 싶다면 반드시 동력용을 선택해야 합니다.

사용 장소는 실외 또는 실내 등의 요구 사항이 있습니다. 실외의 경우 방수형 푸시버튼 개폐기를 사용합니다. 실내에 설치하여 사용하는 경우에는 매립형 제품을 사용하는 경우가 많습니다.

푸시버튼 개폐기에는 제조업체가 정한 정격 용량이 있습니다. 정격용량은 적용하는 모터의 용량으로 정해져 있는 경우가 많으며, 일반적으로 5.5kW 정도가 상한선입니다. 사용하는 부하의 용량에 따라 선정합니다.

분광기란

분광기란 다양한 파장의 빛이 혼합된 합성광 중에서 측정하고자 하는 파장의 빛의 강도만을 측정하기 위해 빛의 성분을 분리하는 장치입니다.

최근에는 분리된 빛의 검출기를 일체화한 것도 많으며, 빛의 분리부터 검출 메커니즘까지를 통틀어 분광기라고 부르기도 합니다.

분광기의 사용 용도

분광기는 반사광과 투과광을 막론하고, 가시광선뿐만 아니라 전파에서 방사선에 이르기까지 다양한 파장대의 광원(선원)을 분광할 수 있기 때문에 모든 산업 및 연구 현장에서 사용됩니다.

분석화학 분야에서는 태양광이나 플라즈마 발광 강도를 측정하기 위해 사용되며, 재료의 반사율 등 광학적인 성질을 평가하는 장면에서도 사용됩니다.

또한, 레이저 등의 광원을 사용하는 제품 검사 라인에서 반사광 등 임의의 파장을 검출하는 품질 관리 라인에 의식하지 않고도 내장되어 있는 경우가 많습니다.

분광기의 원리

일반적으로 광원을 분광하기 위해서는 먼저 빛의 형상이 필요합니다.

슬릿이라는 틈새에 광원을 통과시켜 빛의 해상도를 설정한 후, 렌즈나 거울로 만든 콜리메이터를 통해 광원을 평행광화합니다.

이 평행광을 분광소자에 입사시킴으로써 분광이 가능합니다. 분광소자에는 빛의 회절 현상을 이용한 회절 격자형과 빛의 굴절 현상을 이용한 프리즘형이 있습니다.

회절격자형은 분광소자 표면에 일정한 간격으로 새겨진 회절격자에 의한 빛의 반사를 이용하여 분광하기 때문에 회절패턴을 변경하면 검출할 수 있는 빛의 파장과 해상도가 달라집니다.

회절격자형 분광기의 원리를 그림으로 설명하겠습니다.

회절격자에는 투과형과 반사형이 있는데, 그림 1은 반사형 회절격자의 개념도를 나타낸 것입니다. 다양한 파장의 빛을 포함하는 광원(백색광)의 평행광을 회절격자에 입사시키면 여러 개의 격자 즉 격자형 구조 부분(G1, G2…) 의 각 위치에서 넓은 각도 방향으로 반사광의 회절이 발생합니다. 여기서 빛의 간섭이 발생하여 각 격자에서 유래한 반사광의 광로차(dsinθ)가 소정의 조건(파장λ의 정수배)을 만족하는 각도(θ) 방향에 대해 특정 파장λ만 강화된 단색광이 입사하게 됩니다.

이렇게 회절 격자에 따라 서로 다른 파장이 서로 다른 각도로 분산(무지개 모양으로 분리)됩니다(그림 2 참조).

또한, 그림 2에 나타낸 슬릿을 이용하여 분산된 반사광 중 특정 파장의 단색광만을 추출할 수 있습니다. 이것이 회절 격자형 분광기의 원리입니다. 회절 격자를 회전시키면, 추출하는 빛의 파장을 변화시킬 수도 있습니다.

분광기의 구조

분광기 선택 방법

검출기 일체형 분광기를 사용하는 경우, 측정하는 광원의 파장에 적합한 것을 선택해야 합니다.

예를 들어, 자외선부터 근적외선까지의 범위의 광원이라면 CCD로 충분하지만, 그 이상의 장파장 광원을 검출하려면 InGaAs 타입의 검출기가 필요합니다.

또한 측정 원리에서도 언급했듯이 회절 격자형 분광기는 회절 패턴에 따라 검출할 수 있는 파장이 결정되기 때문에 원하는 파장에 적합한 것을 선택해야 합니다.

프리즘형은 프리즘의 성질에 따라 분해능이 결정되지만, 빛의 강도 손실이 없다는 특징이 있으므로 용도에 따라 구분하여 사용하는 것이 좋습니다.

분광기 사용법

분광기를 사용한 분석기기의 사용법은 일반적으로 다음과 같은 순서로 진행됩니다.

1. 측정할 물질과 측정 파장대를 결정합니다.
2. 측정하고자 하는 파장에 맞는 분광기를 선택합니다.
3. 물질에 빛을 비추어 원하는 파장을 분광합니다.
4. 원하는 빛을 센서에 넣어 신호를 감지합니다.
5. 얻어진 신호를 스펙트럼으로 변환합니다.

실험실에서 사용하는 고가의 장비라면 마이클슨 간섭계라고 불리는 분광 부분에서 특정 빛의 파장을 자동으로 감지합니다. 휴대가 가능한 소형 기기에서도 물질을 투과, 반사한 빛을 교환 가능한 분광기를 통과시켜 원하는 파장을 검출할 수 있습니다.

얻어진 파장은 센서(검출기)로 들어가 각 파장별로 신호로 검출됩니다. 이 신호는 스펙트럼이라는 파형의 파형으로 변환되고, 이 스펙트럼을 분석하여 물질의 상태를 분석합니다.

분광기 실험 예시

분광기를 이용한 실험은 여러 가지가 있는데, 측정하는 파장에 따라 다양한 예가 있습니다.

예를 들어 단파장 쪽에서 각 파장대별 실험 예시를 살펴보면 다음과 같습니다.

• X선 분광기는 물질 표면에 X선을 쪼여 그 반사광을 분광기에 통과시켜 표면의 조성을 파악합니다.
• 자외선 및 가시광선 분광기는 물질에 빛을 투과시켜 대상의 성분과 함유량을 파악합니다.
• 적외선 분광기는 분자 간의 결합에 빛을 비추어 물질의 구조를 파악합니다.

이처럼 분광기의 파장대에 따라 얻을 수 있는 정보가 달라집니다.

분광기에서 얻을 수 있는 스펙트럼

분광기를 사용하는 목적은 미지의 또는 알려진 물질로부터 정보를 습득하여 분석을 통해 물질의 상태를 파악하는 것입니다. 그 분석에 사용되는 것이 분광기에서 최종적으로 얻어지는 스펙트럼이라는 파형도입니다.

분광기에서 얻을 수 있는 스펙트럼에는 다음과 같은 예가 있습니다. 알고자 하는 정보를 먼저 정의하여 적절한 분광기를 선택하고 스펙트럼을 습득하는 것이 중요합니다.

X선 분광기는 측정되는 특성 X선 피크에서 원자를 식별합니다.
자외선 및 가시광선 분광기는 빛을 시료에 투과시켰을 때 여기되는 전자의 에너지 차이를 스펙트럼으로 검출합니다.
적외선 분광기는 원자 사이를 연결하는 결합 사이의 진동 에너지를 스펙트럼으로 검출합니다.