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데이터 로거 (기록계) 란?

데이터 로거 (기록계) (영어: data logger) 는 센서로 측정, 수집한 각종 데이터를 저장하는 장치입니다.

가장 빠른 속도로 10~1,000회/초 (10~1,000Hz) 의 속도로 기록하기 때문에 신호 관측을 하는 장치 중에서는 다소 느린 편에 속합니다. 컴퓨터와 독립적으로 작동하고 기록할 수 있다는 것이 장점입니다.

단일 채널 로거부터 수백 개의 입력을 처리할 수 있는 로거까지 용도에 따라 다양합니다. 데이터 로거는 종이에 기록하는 타입과 디지털 또는 아날로그 방식으로 메모리에 저장하는 타입이 있습니다.

데이터 로거의 사용 용도

데이터 로거는 온도, 습도를 비롯해 진동, 소리, 속도, 가속도, 전기량 등 대부분의 물리 현상을 데이터로 기록할 수 있습니다. 여러 데이터를 동시에 기록할 수 있기 때문에 데이터 간의 상관관계를 조사하는 목적으로 활용됩니다. 예를 들어, 실내 온도, 습도, 풍속 데이터 등입니다.

1. 실내 온도 분포

데이터 로거는 수백 개의 다채널 데이터를 기록할 수 있어 에어컨에 의한 실내 온도 분포, 풍속 분포, 온도 및 습도 하강 속도 등을 평가할 수 있습니다.

2. 클러치 내구성

자동차 클러치에 가해지는 압력, 응력, 온도를 기록하여 내구성 평가 시험을 수행합니다.

3. 정밀기기 물류 시험

정밀기기의 운송 중 진동으로 인한 파손 및 기능 불량을 평가하기 위해 데이터 로거를 사용하여 실제 운송 시험 및 진동대 시험을 실시합니다.

데이터 로거의 원리

종이에 기록하는 타입의 데이터 로거는 입력된 신호에 비례하여 펜을 움직이는 펜 서보라는 메커니즘을 갖추고 있습니다. 펜 서보는 기록지 여백에 채널 번호, 태그 이름, 기록 시간 등의 정보도 인쇄할 수 있습니다.

페이퍼리스 타입의 데이터 로거는 온도 등의 데이터를 내부 메모리에 저장합니다. 그리고 주로 외부 컴퓨터로 다운로드하여 분석합니다. 새로운 모델에서는 저장한 데이터를 본체에서도 분석할 수 있습니다.

기록 형식은 모델에 따라 다르지만, 전용 애플리케이션을 통해 시각화 및 분석을 원활하게 할 수 있습니다. 데이터 로거는 기본적으로 샘플 속도가 낮기 때문에 하루 단위뿐만 아니라 일주일, 한 달 등 장기간의 기록도 가능합니다.

데이터 로거의 특징

1. 간편한 설정 및 조작

소형, 경량 설계로 설정과 조작이 용이하여 간편하게 측정할 수 있습니다. 배터리 유닛과 무선랜을 활용하여 현장에서 쉽게 측정할 수 있습니다.

2. 다양한 데이터 동기화

전압, 온도, 변형률, 가속도, 펄스 등 다양한 종류의 데이터를 완벽하게 동기화하여 저장 및 분석할 수 있습니다.

3. 간편한 데이터 분석

PC 소프트웨어가 제공되어 쉽게 분석할 수 있습니다.

데이터 로거의 기타 정보

1. 종이형 아날로그 데이터 로거

현재 대부분의 데이터 로거가 디지털화된 가운데, 종이형 아날로그 데이터 로거는 희귀한 제품입니다. 오랫동안 애용되어 온 기록폭 100mm의 모델이 있으며, 2~6채널 입력의 전통적인 타점식 모델과 1~3채널 입력의 펜 형식 모델이 있습니다.

입력의 종류와 눈금은 고정 사양이지만, 설정 항목이 적어 누구나 쉽게 사용할 수 있습니다. 열전대나 온도계 저항체 등의 입력에 비해 온도 눈금은 선형적이고 읽기 쉬운 아날로그 방식입니다. 열전대와 온도계 저항체 등 다른 종류의 입력 조합도 가능합니다.

설치 방법은 패널을 내장하는 방식이며, 총 무게는 약 1.6Kg으로 휴대가 편리합니다.

2. 데이터 로거의 페이퍼리스화

최근 기록계는 대부분 페이퍼리스 기록계로 바뀌고 있습니다. 본체에 조작 패널이 없는 페이퍼리스 데이터로거는 PC에서 설정/조작/기록 검색/가공/표시/기록 저장을 하기 때문에 조작하는 PC 소프트웨어의 중요성이 커지고 있습니다.

또한, 측정 결과를 화면에 표시할 수 있는 데이터 로거는 본체만으로 기록된 데이터의 표시와 검색을 쉽게 조작할 수 있는 기능이 있습니다. 현재는 컬러 이미지 디스플레이의 다채널 제품, 측정 결과 표시를 PC에서 실시하는 제품 등 다양한 제품이 개발되고 있습니다.

충격 시험기란?

충격 시험기란 충격시험을 하기 위한 시험기입니다.

충격 시험은 우리가 사용하는 제품이 충격을 받았을 때 충분한 강도가 있는지 확인하고, 파손될 경우 어떤 식으로 파손되는지 확인합니다. 우리가 일상적으로 사용하는 제품 중에는 충격 하중을 받으면서 사용되는 부품이나 우발적인 요인으로 충격을 받는 제품도 있습니다. 제품의 안전성을 유지하기 위해 충격 하중에 대한 내구성과 파손 방식을 평가하는 것은 제품 개발에 있어 필수적인 요소입니다.

충격 시험은 크게 두 가지로 구분할 수 있습니다. 전용 시험편을 만들어 소재 자체나 도막 등 특성으로서의 충격 강도를 확인하는 시험과 제품 자체의 충격 강도나 충격에 의한 파손 여부 등을 확인하는 시험입니다.

JIS 등에 의해 표준화된 시험의 대부분은 전자로 구분됩니다. 이들 시험에서는 시료에 충격이 가해졌을 때의 변형량, 팽창량, 수축량, 평탄도, 표면의 균열 등을 측정합니다.

충격 시험기의 사용 용도

충격 시험기는 제품이나 제품에 사용되는 부품, 그 재료가 규정된 충격 강도를 가지고 있는지 또는 어느 정도의 충격 강도를 가지고 있는지를 평가할 때 사용됩니다. 금속 재료나 수지의 충격 강도, 산업용 제품의 충격 하중에 대한 강도를 확인하기 위해 충격 시험기가 사용됩니다.

우리 생활에 없어서는 안 될 스마트폰은 평소에 충격 하중을 받지 않습니다. 하지만 실수로 떨어뜨리는 일은 충분히 일어날 수 있습니다. 이러한 우발적인 낙하에도 제품이 파손되지 않는지 확인하거나 어떤 식으로 파손되는지 알아보기 위해 충격 시험기를 이용한 충격시험이 이루어지고 있습니다.

충격 시험기의 원리

충격 시험에는 다양한 시험 방법이 있으며, 각각 전용 시험기가 있습니다. 충격 시험기의 원리로 공통적으로 말할 수 있는 것은 시험의 반복정확도를 확보하기 위해 시험편과 시험방법이 정해져 있다는 것입니다.

충격 시험기에서는 시험 대상에 충격 하중을 가하는데, 반복적으로 시험할 때 동일한 조건을 부여하는 것이 중요합니다. 충격시험을 하면 시험 대상물은 큰 소성변형이 발생하거나 균열이 발생하기도 하지만, 충격 하중의 미세한 차이에 따라 결과가 크게 달라질 수 있습니다.

시험 대상물 자체의 편차도 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 어떻게 하면 동일한 충격 하중을 반복적으로 가할 수 있는지, 재현성 높은 시험을 할 수 있는지에 대한 관점에서 시험 방법이 정해져 있습니다.

충격 시험기의 기타 정보

충격 시험의 종류

대표적인 충격 시험으로는 다음 세 가지를 들 수 있습니다.

1. 아이조드 충격 시험기
아이조드 충격 시험은 시편의 한쪽을 고정하고 반대편에 충격을 가하여 충격값을 측정하는 방법입니다. 절개한 시편의 한쪽을 고정하고 진자형 해머로 충격을 가합니다.

평가는 시편에 충돌한 해머가 코아성으로 들어 올랐을 때의 각도로 이루어집니다. 주로 재료의 인성, 끈기를 평가하는 시험 방법입니다.

2. 샤르피 충격 시험기
샤르피 충격시험은 재료의 취약성을 평가하는 시험입니다. 취약성이란 부서지기 쉬운 성질을 말합니다. 중앙을 절개한 시편의 양 끝을 고정하고, 그 중앙에 고정된 힘으로 충격을 가하여 그 때의 시편의 변형량과 파손 시 충격값의 크기를 측정하여 평가합니다.

파손 시에는 충격을 가하여 튀어오르는 해머의 위치 에너지를 이용하여 파손 시 시편이 흡수하는 에너지를 계산합니다.

3. 고가속도 충격 시험기
고가속도 충격 시험기는 충격 테이블 위에 측정 대상 제품을 고정하고 테이블에 충격 가속도 파형을 발생시켜 제품이 충격에 의해 어느 정도 손상을 입는지 측정하는 시험기입니다. 스마트폰, 노트북 등 전자기기에 사용됩니다.

이외에도 플라스틱 인장 충격 강도 시험, 듀폰식 낙하 충격 시험, 먼지 충격 시험 등이 있습니다.

약품 주입 펌프란?

약품 주입 펌프는 약품의 정량 주입에 사용되는 펌프입니다.

의료 분야나 연구 분야 등에서 미량의 약물을 정확하게 투여하기 위해 사용됩니다. 고정밀하고 정확한 약품 투여가 필요한 경우에 적합합니다.

병원이나 의료기관에서 많이 사용되며, 다양한 종류가 출시되어 있습니다. 연구 분야나 산업 분야에서도 미량의 액체를 정확하게 주입해야 하는 경우에 사용됩니다.

약품 주입 펌프의 사용 용도

약품 주입 펌프는 의료 및 연구 분야에서 널리 사용되는 펌프입니다. 다음은 약품 주입 펌프의 사용 용도의 일례입니다.

1. 의료용

정맥주입 및 정맥투여 시 사용됩니다. 고정밀하고 정확한 약품 투여가 필요한 경우에 적합하며, 급성기 의료부터 만성기 의료까지 폭넓게 사용되는 기기입니다.

또한, 재택 요양에서도 약품 주입 펌프가 사용되는 경우가 있습니다. 집에서 치료에 필요한 약물을 주입하는 경우나 당뇨병과 같은 자가주사가 그 예입니다.

2. 연구용

미량의 시약을 주입하거나 약물을 분주하는 데 사용됩니다. 생화학적 실험이나 분자생물학 연구 등에서 중요한 역할을 합니다.

3. 산업용

산업에서도 약품 주입 펌프는 많이 사용됩니다. 순환수를 이용하는 냉각탑 등은 세균이 번식하기 때문에 약품주입펌프로 염소를 이용한 살균제를 주기적으로 주입하기도 합니다. 제품에 도료를 주기적으로 주입하거나 수지 원료 관리 등에도 사용됩니다.

식품 산업, 화장품 산업 등에서도 유용하게 사용되어 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

약품주입펌프의 원리

약품 주입 펌프는 주사기처럼 작동하는 장비로, 유체를 일정량씩 안정적으로 주입하는 장치입니다. 내부 주사기에 약물을 채우고 펌프 부분이 약물을 밀어내어 유체를 정량적으로 배출합니다.

약품 주입 펌프를 사용하면 약품 투여에 필요한 유량, 시간 등을 정확하게 제어할 수 있다. 약물의 투여가 인력에 의해 이루어질 경우 오차가 발생할 수 있으며, 투여되는 약물의 양이 증가할 수 있습니다.

약물의 정량 측정은 스테핑 모터, 서보 모터 또는 컨트롤러에 의한 제어로 이루어집니다. 다이어프램과 같은 기계적 부피와 작동 횟수로 제어하는 경우도 있습니다.

약품 주입 펌프의 종류

약품 주입 펌프는 크게 수동식과 전동식 두 가지로 나뉩니다. 수동식은 밸브와 플런저를 조작하여 약물을 주입하고, 전동식은 모터를 사용하여 약물을 주입합니다. 산업용으로는 전동식이 널리 보급되어 있습니다.

또한 구조에 따라 가변 용량형과 고정 용량형 두 가지가 있다. 가변 용량식은 약품의 주입량을 조절할 수 있습니다. 반면, 고정식 펌프는 일정량의 약물을 정기적으로 투여하는 데 사용됩니다.

약품 주입 펌프 선택 방법

약품 주입 펌프는 정확성과 안전성이 요구되기 때문에 선택에 신중을 기해야 합니다. 먼저, 필요한 약물의 양에 따라 약품 주입 펌프의 용량을 선택해야 합니다.

또한 약품에 따라 적절한 펌프 종류를 선택해야 합니다. 약품의 부식성, 점도, 안전성도 고려해야 합니다.

약물이 누출되면 작업자 등의 건강에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 과량 투여 방지 기능, 이상 발생 시 정지 기능 등 안전 기능이 있는 제품을 고려해야 합니다.

또한, 펌프의 사용 편의성과 유지보수 용이성도 선택 포인트입니다. 작업자가 쉽게 조작할 수 있도록 설계된 펌프나 분해 및 세척이 용이한 펌프가 선택되는 경우가 많습니다.

약품 주입 펌프에 대한 추가 정보

약품 주입 펌프 사용법

약품 주입 펌프는 기온이 높은 여름 등에 공기가 들어가서 송액이 불가능할 수 있기 때문에 공기를 빼내야 하는 경우가 있습니다. 공기 배출 플러그가 있는 경우, 이를 열어 공기를 빼냅니다.

또한, 내부가 더러워지거나 물린 경우 분해 및 청소가 필요한 경우가 있습니다. 분해 시 약품이 남아 있을 수 있으므로 고무장갑, 보호안경 등 보호장구를 착용하는 것이 안전합니다.

스케일이나 이물질은 주입 불량의 원인이 되므로 부품을 손상시키지 않을 정도로 깨끗하게 세척하는 것이 중요합니다.

조도 센서란?

조도 센서는 주변의 명암을 감지하는 인감 센서의 일종입니다.

주변이 어두워지면 자동으로 켜지고, 밝아지면 자동으로 꺼지는 기능과 디스플레이의 밝기를 사람이 보기 좋게 조절하는 기능을 가지고 있습니다. 조도 센서의 종류는 크게 포토트랜지스터를 사용하는 종류, 포토다이오드를 사용하는 종류, 포토다이오드에 증폭기 회로를 추가한 종류 등 총 3가지로 분류할 수 있습니다.

조도 센서는 전자기기의 소비전력 절감과 디스플레이 화면의 화질 개선에 기여할 수 있는 기술이라고 할 수 있습니다.

조도 센서의 사용 용도

조도 센서는 디스플레이나 액정 화면의 밝기 감지, 조명의 ON/OFF를 자동화하기 위한 주변 조도 측정 등에 널리 사용되고 있습니다.

예를 들어, 휴대폰이나 스마트폰 기기에서 주변 밝기에 따라 액정 백라이트의 밝기를 조절할 수 있다는 점을 이용하여 액정 화면 디스플레이의 시인성 향상과 저전력화에 기여하고 있습니다. 디스플레이에 탑재되면 자동으로 가시성을 조정할 수 있습니다.

또한, 카메라, 광통신 등 다양한 분야에 적용되어 수요가 증가하고 있는 기술 중 하나입니다.

조도 센서의 원리

조도 센서는 수광부에 입사된 빛의 조도를 전류로 변환하는 포토다이오드나 포토트랜지스터를 이용하고, 그 출력 전류를 센서 기능으로 사용할 수 있는 전류값으로 증폭하는 회로를 통해 실제 빛의 밝기를 전기적 값으로 변환하여 센싱합니다.

즉, 밝기에 따라 포토트랜지스터에 흐르는 전류가 변화하고, 이에 따라 회로 내에 설치된 저항의 양단에 밝기에 따른 전압이 나타나 빛을 감지하지만, 일반적인 포토다이오드의 출력 전류는 미약하기 때문에 보통은 트랜지스터로 증폭하여 출력합니다.

또한, 수광 소자는 사람의 눈이 느낄 수 있는 파장과 같은 범위의 분감도 특성을 가져야 합니다. 그러나 일반적으로 수광부에 사용되는 포토다이오드는 사람의 눈에 보이지 않는 적외선 영역 밖에도 감도가 있기 때문에 보정이 필요합니다.

적외선 영역에 분광 감도 피크가 있는 서브 포토다이오드를 탑재하여 메인 포토다이오드에서 서브 포토다이오드를 차감하는 방식입니다. 이를 통해 사람의 눈으로 느낄 수 있는 시감도에 가까운 분광 감도 특성을 얻을 수 있는 구조입니다.

조도 센서의 기타 정보

1. 조도 센서의 출력 구성

조도센서도 다양한 구성의 제품이 있으며, 수광부의 포토다이오드나 포토트랜지스터의 출력 전류를 아날로그 회로로 전압값으로 변환하여 출력하는 매우 단순한 제품부터 아날로그-디지털 변환부와 그 이후의 디지털 제어부, 그리고 SPI 등의 시리얼 인터페이스를 SPI와 같은 직렬 인터페이스를 가진 고기능 타입까지 시장의 용도에 따라 다양한 조도 센서가 존재합니다.

SPI 인터페이스가 있으면 마이크로컴퓨터 등으로부터의 제어가 비교적 쉽게 소프트웨어로 대응할 수 있어 세밀한 어플리케이션의 제어를 따라잡을 수 있습니다. 일반적으로 이러한 경우 센서 ASIC화된 소형 전용 IC를 사용하여 소형 고기능 조도 센서 제품을 구현하고 있습니다.

2. 조도 센서 스위치

조도 센서를 이용한 응용 제품으로는 조도 센서 스위치가 있습니다. 이 스위치를 사용하면 방의 조명을 외부의 밝기에 따라 자동으로 ON/OFF 할 수 있습니다. 예를 들어, 대규모 사무실에서는 보통 각 구역마다 조명의 스위치가 있고, 그 스위치를 통해 조명을 켜고 끄는데, 조도센서를 설치하면 이러한 작업의 자동화를 실현할 수 있습니다.

조명 센서 스위치를 설치하면 외부의 밝기에 따라 조명을 자동으로 켜고 끌 수 있다는 장점만 있는 것이 아닙니다. 조도 센서 스위치를 사용하면 조도에 따라 조명을 간헐적으로 점등하는 것도 가능합니다. 이러한 기능의 설정은 조도 센서와 별도로 설치하는 컨트롤러에서 설정할 수 있습니다.

컨트롤러에서는 어느 정도의 조도에서 어느 위치의 조명을 켜고 끌지, 어느 요일 및 시간대에 기능을 활성화할지 등을 설정할 수 있습니다. 또한, 계절에 따라 설정 조도를 변경할 수 있는 조도 센서도 존재합니다.

이렇게 조도 센서를 사무실 등에 설치하면 시간이나 계절, 외부 날씨 상황에 따라 실내 각 부분의 조명 조도를 적절히 조절할 수 있습니다 이러한 노력은 결과적으로 절전 효과로 이어집니다.

미끄럼 베어링이란?

미끄럼 베어링은 베어링의 미끄럼면에서 직접적으로 축의 회전이나 이동 부품의 직선 운동을 지지하는 베어링입니다. 회전축 또는 이동 부품과 미끄럼 베어링의 미끄럼면은 직접 접촉하기 때문에 마찰력이 크고 마찰열이 발생합니다. 따라서 상호 접촉면은 오일로 윤활하거나 베어링 미끄럼면에 윤활제를 함침시킨 금속을 사용하거나 윤활성이 높은 수지 재질을 사용합니다.

윤활제를 사용하지 않는 미끄럼 베어링을 건식 베어링이라고 합니다. 미끄럼 베어링은 가격이 저렴하고 사용이 편리하며 재질과 크기가 자유롭기 때문에 용도와 사용 환경에 따라 구분하여 사용하고 있습니다.

미끄럼 베어링의 영문명 표기는 다음과 같은 세 가지가 있습니다.

• Plain Bearing
• Sliding Bearing
• Slide Bearing

미끄럼 베어링의 사용 용도

미끄럼 베어링은 다음과 같은 특징(특히 구름 베어링과 비교했을 때)이 있습니다.

• 구조와 형상이 단순하다.
• 치수가 콤팩트하다.
• 고속 성능(고속 회전)에 유리하다.
• 저속 성능(저속 회전)에는 적합하지 않다.
• 허용 하중은 비교적 크다.
• 발생 소음이 적고, 진동이 적다.
• 수명이 길다.

미끄럼 베어링의 종류

일반 산업용으로 사용되는 미끄럼 베어링의 종류는 ‘하중의 종류’, ‘재질’, ‘형상 및 구조’로 구분할 수 있습니다.

또한 ISO 4378-1에서는 아래와 같이 분류하고 있습니다.

1. 하중의 종류

하중의 종류는 ‘동압 베어링’, ‘정압 베어링’, ‘저널 베어링’, ‘스러스트 베어링’의 4종류로 나뉩니다.

동압 베어링은 축의 회전에 의해 발생하는 동압에 의해 축과 베어링 미끄럼면 사이에 유막이 형성되어 축을 지지합니다. 동압이 발생하도록 틈새를 쐐기 모양으로 만들거나 슬라이딩 표면에 슬라이딩 면공사를 하는 방법이 있습니다. 일반적으로 슬라이딩 축 수동은 주로 동압 베어링을 가리키는 경우가 많습니다.

정압 베어링은 베어링 외부의 장비나 설비에서 오일(윤활유)이나 압축공기를 베어링에 공급하여 축과 베어링 사이의 포켓에 충만하게 하여 축을 지지하는 방식입니다.

저널 베어링과 스러스트 베어링
저널 베어링은 축의 중심선 방향(레이디얼 방향)으로 하중이 가해지는 경우에 사용합니다. 스러스트 베어링은 축의 중심선과 수직 방향(스러스트 방향)으로 하중이 베어링에 가해지는 경우에 사용합니다.

2. 재질

재질에 따른 종류는 ‘수지계’와 ‘금속계’의 두 가지로 나뉩니다.

수지계
수지계 재질의 예는 다음과 같습니다.

• 에틸렌 테트라플루오라이드 수지(PTFE)
• 폴리아세탈 수지(POM)
• 폴리 에테르 에테르 케톤 수지(PEEK)
• 폴리페닐렌 설파이드 수지(PPS)
• 폴리에스테르계 엘라스토머 수지
• 폴리아미드 수지(PA)

수지계 미끄럼 베어링은 오일, 흑연 등을 첨가하여 윤활성을 향상시켰기 때문에 대부분 무급유로 사용됩니다. 또한, 기계적 강도 향상을 위해 금속과 결합하여 사용하는 경우도 있습니다.

금속계
금속계 재질의 예는 다음과 같습니다.

• 납동 주물 (JIS H5120 CAC601, CAC603, CAC606)
• 인청동 주물 (JIS H5120 CAC502A)
• 화이트 메탈 (JIS H5401 WJ1~WJ10)
• 알루미늄계 합금 (JIS AJ2, SAE770, 780, 781)

윤활유를 사용하는 금속계 재질로는 화이트 메탈, 구리계 합금, 알루미늄 합금 등이 일반적입니다. 화이트 메탈은 정하중이나 선박용 엔진에 많이 사용되며, 구리계 합금은 내마모성이 우수하여 부싱 등에 많이 사용됩니다.

반면 알루미늄 합금은 엔진용, 부싱 등 다양한 용도로 사용된다. 무급유 미끄럼 베어링은 윤활제 첨가, 표면 코팅, 고체 윤활 재료가 내장되어 있습니다. 무급유 슬라이딩 베어링을 무급유 베어링이라고 합니다.

모양과 구조
형상 및 구조에 따른 종류는 ‘원통형’, ‘원통형鍔(플랜지)부착형’, ‘원반형(스러스트 베어링)’, ‘구면형(구면 스러스트 베어링)’으로 나뉩니다.

미끄럼 베어링의 원리

미끄럼 베어링은 회전축이나 이동 부품과 미끄럼 베어링의 미끄럼면이 화접촉하여 지지합니다. 따라서 상호 면간(미끄럼면)에서 발생하는 마찰을 어떻게 처리하느냐가 중요합니다.

일반적인 미끄럼 베어링은 미끄럼면에 윤활유, 윤활재, 공기 등을 개입시켜 마찰 저항을 감소시키고 있습니다. 따라서 미끄럼면의 윤활 상태는 매우 중요합니다. 이 윤활 상태는 아래 세 가지로 구분되며, 그림 3 스트라이프 곡선으로 나타냅니다.

1. 경계윤활

슬라이딩면은 충분한 윤활 피막이 형성되지 않고 마찰이 크기 때문에 거의 고체 윤활로 윤활상태가 양호하지 않아 마모 및 고착이 발생할 수 있습니다.

2. 혼합 윤활

슬라이딩 표면은 표면 거칠기와 윤활 피막 두께가 거의 동일하여 유체 접촉과 고체 접촉이 혼합된 상태이며, 완전히 충분한 상태는 아닙니다.

3. 유체 윤활

슬라이딩 표면은 충분한 윤활 피막이 형성되어 서로 직접 접촉하지 않은 상태에서 서로 마모되지 않고 양호한 윤활 상태입니다.

미끄럼 베어링의 윤활 방법은 ‘강제 급유’, ‘유욕’, ‘물방울 급유’, ‘낙하 급유’가 있으며, 베어링의 사용 조건에 따라 구분하여 사용합니다. 강제 급유는 펌프로 베어링 급유부에 윤활유를 공급하는 방식으로, 일정량의 윤활유를 확실하게 급유할 수 있습니다. 오일욕과 물방울 급유는 급유 장치가 필요 없어 구조가 간단합니다. 물방울 급유는 윤활유의 양이 적기 때문에 고부하 운전에는 적합하지 않습니다.

강제 급유는 하우징 측에 급유하는 방법과 축 측에 급유하는 방법이 있습니다. 또한, 하우징이나 축에 오일 홈을 설치하여 냉각 효과를 높일 수도 있습니다. 다만, 윤활막이 불연속적으로 형성되어 베어링의 부하 능력이 저하될 수 있으므로 유격 설계에 주의를 기울여야 합니다.

윤활유를 사용할 수 없는 환경(고온 등)에서는 고체 윤활재를 사용하는 경우도 있습니다. 고체 윤활제에는 흑연, PTFE 등이 있습니다. 미끄럼 베어링은 유압, 유막 등을 정확하게 관리하면 수명을 연장할 수 있습니다.

미끄럼 베어링의 기타 정보

미끄럼 베어링의 규격

미끄럼 베어링에 관한 JIS, ISO 표준은 다음과 같습니다.

JIS표준		ISO규격
번호	규격명	번호	규격명
JIS B01623-1	미끄럼 베어링 – 용어, 정의 및 분류 제 1부 설계, 베어링 재료 및 그 특성	ISO 4378-1	Plain bearings -Terms, definitions and classification- Part 1: Design, bearing materials and their properties
JIS B01623-2	미끄럼 베어링 – 용어, 정의 및 분류 제 2부 마찰 및 마모	ISO 4378-2	Plain bearings -Terms, definitions and classification- Part 2: Friction and wear
JIS B01623-3	미끄럼 베어링 – 용어, 정의 및 분류 제 4부 윤활	ISO 4378-3	Plain bearings -Terms, definitions and classification- Part 3: Lubrication
JIS B01623-4	미끄럼 베어링 – 용어, 정의 및 분류 제 4부 계산 매개변수 및 그 기호	ISO 4378-4	Plain bearings -Terms, definitions and classification- Part 4: Calculation parameters and their symbol

미끄럼 베어링의 사양은 규격으로 규정되어 있기 때문에 베어링 형식에 따라 맞물림 공차, 제작 공차, 틈새 공차 등은 모든 제조업체에서 동일한 사양으로 되어 있습니다. 따라서 호환이 가능하여 범용 부품으로 사용할 수 있습니다.

이에 반해 미끄럼 베어링은 현재 국제적으로 공통된 규격이 없습니다. 따라서 호환성이 없고 범용성이 없습니다. 따라서 사용 용도, 사용 환경, 설계 사양에 따라 독자적으로 검토하여 결정해야 합니다.

칩마운터란

칩마운터란 인쇄 회로 기판의 표면에 전자 부품을 실장하는 장비입니다.

표면실장기, 마운터라고도 하며, 다양한 형태와 크기의 부품을 고속으로 고정밀하게 장착합니다. 칩마운터는 로터리 마운터와 모듈러 마운터 두 종류가 있으며, 최근에는 소형화 및 장착 속도가 빠른 모듈러 마운터가 주류를 이루고 있습니다.

표면 실장은 SMT(영문: Surface Mount Technology)라고도 불리는 기판 실장 공법 중 하나입니다. 프린트 기판 표면에 IC칩이나 커패시터 등의 전자부품을 탑재하고, 페이스트 형태로 가공한 솔더로 전극을 접착한 후 리플로우로에서 고정시키는 방식이다.

구멍에 부품 리드를 끼워 넣는 삽입 실장에 비해 공간을 절약할 수 있어 최근에는 주류 실장 방식입니다. 기판 수나 부품 수가 적은 소량 생산의 경우, 사람이 직접 수작업으로 납땜을 하는 수작업 실장도 가능합니다.

칩마운터의 사용 용도

칩마운터를 이용하여 표면 실장되는 기판은 매우 많으며, 전기 회로의 기판을 필요로 하는 대부분의 곳에서 볼 수 있습니다. 표면 실장되는 기판의 사용 예는 다음과 같습니다.

• 휴대폰
• 스마트폰
• 게임기
• 가전제품
• 자동차용 기판
• 비행기
• 로켓

전기회로의 기판을 필요로 하는 생활용품에 많이 사용되고 있습니다. 표면 실장은 인쇄 공정, 실장 공정, 리플로우 공정으로 구성됩니다. 인쇄 공정에서 인쇄 기판에 크림 솔더 인쇄나 디스펜서로 접착제를 도포하고, 그 위에 전자부품을 탑재하기 위해 칩마운터가 필요합니다. 이후 리플로우로에서 열을 가하여 솔더와 접착제를 부품과 결합시켜 부품을 고정시킨다.

최근 전자부품의 크기가 수 mm 이하로 작아지면서 사람의 손으로 장착하는 것이 어려워졌다. 부품을 정확하고 빠르게 실장할 수 있는 마운터는 기판 실장에 없어서는 안 될 장비입니다. 다양한 전자부품에 대응하기 위해 이형 부품, 대형 부품 등을 장착할 수 있는 칩마운터가 있습니다.

칩마운터의 원리

칩마운터는 전 공정에서 납땜 인쇄나 접착제가 도포된 인쇄 회로 기판에 부품을 탑재하는 장비입니다. 공급장치에 세트된 부품을 장치 내의 흡착 노즐로 픽업하여 기판상의 원하는 위치에 실장합니다. 칩마운터 장치의 구조는 다음과 같습니다.

• 헤드부
  전자부품을 노즐로 흡착하여 픽업한다.
• 구동부
  헤드부를 XY축 상에서 이동시키는 구동부이다.
• 공급부
  실장할 전자부품을 공급한다.
• 인식부
  기판이나 전자부품의 위치를 카메라로 인식한다.
• 반송부
  인쇄기판을 반송시키는 반송부이다. 

칩마운터는 표면 실장을 통해 전자부품을 실장하는 데 사용되기 때문에 칩마운터를 사용하여 부품을 배치한 후에는 납땜 공정으로 넘어가게 됩니다. 납땜 공정의 차이에 따라 칩마운터 사용 전 전처리가 달라집니다. 전처리로 크림 솔더 인쇄기를 사용하여 솔더를 도포하거나 디스펜서를 사용하여 접착제를 도포하는 경우가 많습니다.

기판에 전처리가 끝나면 배치할 칩과 같은 전자부품을 모아 칩마운터의 공급장치에 장착합니다. 공급장치에서 자동으로 전자부품이 공급되고, 장치의 노즐이 음압으로 전자부품을 흡착합니다. 흡착된 노즐이 그대로 기판 위까지 이동하여 설정한 기판 위의 위치에 전자부품을 올려놓고 배치할 수 있습니다.

칩마운터는 로터리 마운터와 모듈식 마운터로 나뉩니다. 최근 소형화되어 편리해진 모듈식 마운터가 주류를 이루고 있습니다. 로터리 마운터는 로터리 헤드로 전자 부품을 흡착하고 장착하는 방식입니다. 모듈형 마운터는 XY 로봇 축으로 헤드를 움직여 흡착, 장착을 합니다.

최근의 칩마운터는 전자부품을 빠르고 정확하게 제자리에 장착할 수 있게 되었습니다. 부품 인식 카메라의 성능 향상으로 기판의 위치나 부품의 탑재 위치를 측정하고 보정하여 고정밀도의 탑재를 실현할 수 있습니다.

칩마운터의 종류

칩마운터에는 모듈러 타입과 로터리 타입의 두 가지 종류가 있습니다.

1. 모듈러 타입

모듈형 마운터는 현재 주류인 마운터로, XY 로봇 끝에 흡착 헤더가 장착되어 있어 장착할 부품을 픽업하여 기판의 실장 위치로 운반하는 방식입니다.

장비를 소형화할 수 있는 반면, 부품을 픽업할 때마다 XY 방향으로 흡착 헤드를 움직여야 하므로 로터리 타입에 비해 택트가 길다는 단점이 있습니다.

2. 로터리 타입

로터리 타입은 회전하는 로터리부에 흡착 헤드가 여러 개 있어 한 번의 픽업 동작으로 여러 개의 부품을 흡착할 수 있습니다. 고속으로 장착할 수 있다는 장점이 있는 반면, 장비가 대형화되어 유지보수 비용이 높다는 단점이 있습니다.

또한, 한 번에 많은 양의 부품을 세팅해야 하기 때문에 다품종 소량 생산이 요구되는 현대에는 적합하지 않습니다. 따라서 현재 대부분의 칩마운터 업체들은 로터리 타입의 생산을 중단한 상태입니다.

칩마운터 선택 방법

칩마운터를 선택할 때 주의해야 할 점은 다음과 같습니다.

1. 속도

1부품의 장착 속도는 0.1초 정도에서 1초 정도까지 기종에 따라 차이가 있습니다.

2. 장착 정밀도

스마트폰용 기판과 같이 부품의 미세화, 고밀화가 요구되는 실장 기술에서는 0.1mm 정도의 오차가 요구됩니다. 고밀도 실장이 요구되지 않는 회로 기판이라면 0.2mm 정도의 실장 정밀도로도 충분합니다.

3. 부품 종류

테이프에 감긴 칩 부품뿐만 아니라 트레이로 공급되는 대형 면실장 부품도 혼재되는 경우, 특수 부품 피더를 세팅할 수 있는 대형 칩마운터가 필요합니다.

항목	실장 속도	실장 정밀도	사용하는 부품의 종류
기준	0.1s〜1.0s/1개 *부품 기종에 따라 택트에 차이가 있음	0.2mm 정도 *고밀도 실장의 경우 0.1mm 정도 필요 (스마트폰 기판용 부품 등）	대형 부품을 사용하는 경우, 특수한 부품 피더를 설정할 수 있는 대형 칩마운터가 필요

칩마운터의 기타 정보

칩마운터 피더

칩마운터 피더는 전자부품을 장치 내로 공급하는 자동 부품 공급 장치입니다. 전자부품은 릴이나 트레이에 포장된 상태로 납품되어 피더에 장착하여 사용합니다.

피더를 통해 부품이 장치 내로 공급되어 일정한 방향으로 기울어짐 없이 부품을 탑재하기 때문에 중요한 장치라고 할 수 있습니다. 또한 피더 일괄 교환 대차를 사용하면 피더류를 본체에서 일괄적으로 탈착할 수 있고, 대차별로 최적화를 할 수 있기 때문에 셋업 공수를 줄일 수 있습니다.

피더는 다음 부품의 포장 형태에 적합한 크기를 선택해야 합니다.

• 릴 테이프 공유용
• 스틱 공급용
• 장미 부품용
• 트레이 공급용

납입 형태로 많이 사용되는 릴형 테이프 공용품은 종이 테이프나 플라스틱 엠보싱 테이프에 전자부품이 부착되어 있으며, 커버 테이프라는 얇은 플라스틱 필름 테이프로 덮여 있습니다. 피더 내에서 커버 테이프를 떼어내면서 부품을 장치 내로 공급하는 구조입니다.

주목할 만한 칩마운터

야마하발동기 주식회사
‘1헤드 솔루션’을 통해 압도적인 생산성과 범용성을 실현한 만능형 표면 실장기

YRM20은 2빔 2헤드급 세계 최고 속도 수준인 115,000CPH(당사 최적 조건)의 탑재 능력을 실현한 프리미엄 고효율 모듈러입니다.

고속 범용 로터리형 RM헤드와 고속성과 높은 범용성을 겸비한 인라인형 HM헤드, 이형 대응 인라인형 FM헤드 등 3종류의 헤드를 채용하여 ‘1헤드 솔루션’의 생산 대응력을 더욱 강화하여 압도적인 생산성과 범용성을 실현했습니다.

RM 헤드, HM 헤드는 ±25μm(Cpk≧1.0)의 높은 실장 정밀도로 0201(0.25×0.125mm) 사이즈의 초소형 칩 부품 실장에 대응하고 있습니다.

높은 수준의 실장 품질을 유지할 수 있는 기능을 표준 장비

• 저충격 노즐
  초소형 부품의 좁은 인접 실장에 필요한 고속 저충격 실장에 대응하기 위한 경량 노즐을 표준 장비입니다. 노즐 ID도 완비하여 유지 보수성을 향상하였습니다.
• 비전 시스템
  사이드 뷰 카메라를 장착하여 소형 부품의 실장 품질을 향상시켰습니다. All Image Tracer(옵션)는 모든 부품 인식 이미지를 저장하여 실장 품질 분석을 강력하게 지원하는 All Image Tracer(옵션)를 옵션으로 탑재할 수 있습니다.
• 노즐 헬스 케어/피더 유지 보수 경고
  자가 진단, 자가 복구 기능으로 노즐과 피더의 청결한 상태를 유지하여 고품질 생산을 지속합니다.

광섬유 케이블이란?

광섬유 케이블(광케이블)은 광신호로 정보를 전달하는 광섬유 통신에 사용되는 케이블입니다.

광섬유라고 불리는 섬유를 여러 개 묶어 피복으로 덮어 씌워져 있습니다. 현대의 인터넷은 전화선 통신에서 광섬유 통신으로 전환되고 있으며, 광섬유 케이블의 중요성은 점점 더 커지고 있습니다.

광섬유는 고순도 유리섬유로 만든 투명도가 높은 섬유로, 원거리에서도 광신호를 거의 감쇠 없이 전파할 수 있다. 따라서 전화선보다 장거리, 고속 통신이 가능합니다.

광섬유 케이블의 사용 용도

광섬유 케이블의 주요 사용 용도는 각종 계측기, 조명 등 조명, 의료용 및 산업용 파이버스코프 등을 꼽을 수 있다. 광섬유 케이블은 인터넷용 광회선 외에도 다양한 용도로 사용됩니다.

파이버스코프는 접근이 어려운 장치나 인체 내부를 관찰하기 위해 사용하는 장비입니다. 의료용 내시경도 일종의 광섬유로, 광섬유를 통해 전파되는 빛 정보를 바탕으로 환부를 실시간으로 확인할 수 있습니다.

광섬유 케이블의 원리

광섬유 케이블을 구성하는 광섬유는 중앙의 ‘코어’와 주변의 ‘클래드’라는 두 종류의 유리로 만들어집니다. 코어는 고굴절률, 클래드는 다소 저굴절률의 유리로 만들어지기 때문에 케이블 내 광신호는 코어와 클래드의 경계에서 전 반사됩니다. 따라서 광 신호가 거의 감쇠되지 않고 멀리까지 전파됩니다.

광섬유 케이블의 종류

광섬유 케이블을 구성하는 광섬유는 코어의 직경에 따라 단일 모드 광섬유와 다중 모드 광섬유로 나뉩니다.

1. 단일 모드 광섬유

코어 직경이 작은(10μm 정도) 광섬유입니다. 일정한 각도에서 전 반사되는 빛만 전달합니다. 빛의 도착 속도가 일정하기 때문에 장거리에서도 안정적으로 대용량 통신을 할 수 있습니다.

2. 다중 모드 광섬유

코어의 직경이 큰(50μm 정도) 광섬유로, 전 반사 각도가 다른 여러 개의 빛을 동시에 전달합니다. 각 광의 도착 속도가 다르기 때문에 장거리에는 적합하지 않으며, 주로 근거리의 중-소용량 통신에 사용됩니다.

광섬유 케이블의 연결 방법

광섬유의 연결 방식은 크게 ‘융착 방식’과 ‘커넥터 방식’의 두 가지로 나뉩니다. 각각 특징이 다르기 때문에 용도에 따라 접속 방식을 선택해야 합니다.

1. 융착 방식

광섬유의 끝부분을 가열하여 녹여 광섬유 끝부분을 서로 접착하는 방식입니다. 융착방식은 접속부의 신호 감쇠가 작기 때문에 접속에 필요한 공간도 작습니다. 연결부는 충격에 약해져 쉽게 끊어지기 때문에 심선 보강에 섬유 보호 슬리브를 씌워 가열 처리합니다.

현미경으로 코어의 중심축이 일치하도록 위치 결정하여 연결하는 ‘코어 정렬 방식’과 다심 섬유를 고정 V홈에 정렬하여 용융 시 표면 장력으로 융착하는 ‘고정 V홈 정렬 방식’이 있습니다.

2. 커넥터 방식

전용 커넥터를 사용하여 연결하는 방식입니다. 융착방식은 한번 연결하면 분리가 불가능하지만, 커넥터 방식은 반복적으로 탈부착이 가능합니다. 광서비스의 운영, 유지보수 등 전환점이 필요한 곳에 사용됩니다. 커넥터의 끝단 형상을 자유롭게 선택할 수 있어 장비에 직접 연결할 수 있는 것도 장점입니다.

광섬유 케이블의 기타 정보

광섬유 케이블의 단선

광섬유 케이블은 얇은 유리 재질로 되어 있기 때문에 금속 케이블에 비해 구부러지기 쉽고 끊어지기 쉬운 특성이 있습니다. 따라서 다음과 같은 원인으로 인해 단선될 위험이 있습니다.

1. 외부 충격
광섬유 케이블에 충격이 가해져 단선되는 가장 간단한 경우입니다. 얇은 유리 재질의 광섬유 케이블은 충격에 의해 파손될 수 있습니다. 사람이 많이 다니는 곳 등에는 배선하지 않도록 주의해야 합니다.

2. 재해로 인한 전봇대 충격
광회선을 인입하고 있는 전봇대에 충격이 가해져 단선되는 경우도 있습니다. 지진이나 사고 등으로 전봇대에 충격이 가해져 연결된 광섬유 케이블이 손상될 수 있습니다.

3. 동물에 의한 손상
동물이 물어뜯는 등의 행위로 인해 단선되는 경우도 있습니다. 반려동물을 기르는 경우, 반려동물의 도선 위에 배선하지 않거나 반려동물이 통과할 수 없는 조치를 취해야 합니다.

광케이블 가격

광케이블은 종류에 따라 가격이 다르지만, 멀티 모드 파이버 케이블은 대략 100m에 2~3만엔 정도부터 구입할 수 있습니다. 싱글모드 파이버는 가격이 조금 더 올라 100m에 4~5만 정도입니다.

커넥터의 형태에 따라 가격이 달라지는데, SC 커넥터가 가장 저렴하고, 그 다음 LC 커넥터, FC 커넥터 순으로 가격이 올라갑니다. 커넥터가 필요 없는 경우 커넥터가 없는 케이블을 구입할 수도 있는데, 이 경우 비용이 가장 저렴합니다.

또한 통신 속도가 더 빠른 10Gbit 지원 광케이블은 가격이 조금 더 높습니다. 그 외 실외에서 사용할 수 있는 내구성이 높은 케이블은 가격이 더 높습니다.

일반적으로 대량 할인이 적용되기 때문에 대량으로 케이블을 구매하면 가격을 낮출 수 있는 회사도 있습니다.

주파수 카운터란?

그림 1. 전기 신호 파형의 세 가지 파라미터

주파수 카운터는 전자 회로에서 발생하는 주파수를 측정하기 위한 디지털 기기입니다.

전기 신호는 주파수, 진폭, 위상의 세 가지 파라미터로 표현할 수 있습니다. 또한 주파수의 역수로 주기를 구할 수 있으며, 주파수 측정은 전기 신호의 기본 측정에서 중요한 파라미터입니다.

주파수 카운팅 외에 듀티 사이클 측정, 펄스 상승 시간이나 시간 간격 등 여러 기능을 추가한 것을 범용 카운터라고 합니다.

주파수 카운터의 사용 용도

주파수 카운터는 전류계나 전압계와 같이 전기 신호 계측의 기본 측정 장비로 사용되고 있습니다. 주파수 카운터 단독 제품도 있지만, 디지털 멀티미터, 오실로스코프, 광스펙트럼 분석기 등 다양한 기능을 가진 기기의 일부 기능으로 주파수 카운터의 기능을 가진 제품이 많이 개발되고 있습니다.

주파수 카운터는 원리가 매우 간단하다는 점이 특징입니다. 자체 제작이 가능하기 때문에 키트 등도 판매되고 있습니다. 주파수 카운터 키트는 수십 MHz 정도면 각 업체에서 판매하고 있습니다. 이유는 다이렉트 방식의 주파수 카운터는 복잡한 동작을 하지 않는다는 특징이 있기 때문입니다.

또한, 멀티 테스터 중에는 주파수 측정이 가능한 레인지가 탑재된 것도 있는데, 이러한 타입은 간편하게 다룰 수 있기 때문에 큰 측정장비를 가지고 갈 수 없는 현장 등에서 특히 유용하게 쓰이고 있습니다. 그러나 간편하다는 장점이 있는 반면, 높은 주파수나 유효 수치를 많이 측정해야 하는 용도에는 적합하지 않다는 단점이 있습니다.

키트는 대부분 LSI화되어 있기 때문에 구조의 모든 것을 배울 수는 없지만, 감을 익힐 수는 있습니다.

주파수 카운터의 원리

그림 2. 주파수 카운터의 원리 (다이렉트 방식)

주파수 카운터는 파형정형화 회로, 게이트, 수정 발진기, 계수회로로 구성되어 있습니다.

1. 파형형성 회로

입력된 신호를 ‘펄스열’로 변환합니다.

2. 수정 발진기

정해진 시간폭을 가진 펄스를 생성합니다. 방금 전의 펄스열을 측정하기 위한 타임 윈도우(게이트 타임)를 생성하고, 타임 윈도우는 주파수 측정을 위한 창 역할을 합니다. (그림 2-a, 그림 2-b 참조)

3. 측정 회로

타임 윈도우에 포함된 펄스 수를 세어 원래 신호의 주파수를 측정합니다. 주파수 측정의 분해능을 결정하는 것은 수정 발진기로 생성한 타임 윈도우의 시간 폭이다. 예를 들어, 타임 윈도우가 1초라면 1Hz 단위로 표시할 수 있고, 타임 윈도우가 0.1초라면 10Hz로 분해능은 타임 윈도우의 시간폭의 역수에 비례합니다.

주파수 카운터에서 가장 오차가 많이 발생하는 부분은 펄스 열을 생성하는 부분으로, 특히 입력 신호에 노이즈가 포함되어 있으면 펄스 상승이 불안정하거나 원래 없어야 할 여분의 펄스를 생성하기도 합니다. (그림 2-c 참조)

오차 발생을 방지하기 위한 방법으로 반복 측정을 통해 노이즈 성분을 평균화하는 방법을 사용합니다. 이를 통해 펄스 열을 생성할 때 발생하는 오차를 줄일 수 있습니다.

주파수 카운터의 측정 방법

그림 3. 주파수 카운터 방식

주파수 카운터는 입력 신호의 주파수를 측정하고 그 결과를 표시하는 기기입니다. 측정 방법은 실현이 용이하여 오래전부터 사용되어 온 ‘다이렉트 방식’과 고가이지만 높은 유효 자릿수를 얻을 수 있는 ‘레시프로컬 방식’의 두 가지가 있습니다.

1. 다이렉트 방식

영점 교차 측정
다이렉트 방식의 주파수 카운터는 입력 신호의 주파수가 영점에서 교차하는 횟수를 측정하는 방식입니다. 입력 신호가 사인 곡선인 경우, 영점 하강 또는 상승에서 교차하는 횟수를 계수합니다. 다이렉트 방식의 주파수 카운터의 장점은 하드웨어만으로 쉽게 구현할 수 있다는 점입니다. 따라서 이 방식은 오래전부터 사용되어 왔으며, 초당 영점 교차 횟수를 주파수 측정값으로 표시합니다.

다이렉트 방식의 주파수 카운터는 기기 내부에서 정확한 기준 클럭을 만들고, 그 시간만큼 타임 윈도우를 열어 영점 교차 횟수를 측정하는 것이 특징입니다.

측정 유효 자릿수
다이렉트 방식의 주파수 카운터에서 유효 자릿수는 타임 윈도우의 시간폭과 입력 주파수에 따라 결정되며, 예를 들어 입력 주파수가 1GHz이고 타임 윈도우가 1초인 경우, 측정값은 1채널에 10^9로 유효 자릿수는 10자릿수입니다. 입력 주파수가 1kHz인 경우 유효 자릿수는 4자릿수가 되며, 둘 다 해상도는 1Hz입니다.

여기서 타임 윈도우 시간폭을 길게 하면 분해능이 높아지는데, 예를 들어 타임 윈도우 시간폭을 100초로 하면 유효 자릿수는 1kHz에서 6자리로 분해능은 0.01Hz가 됩니다. 그러나 1회 측정에 최소 100초가 걸리는 것은 현실적으로 불가능하며, 작업성이 현저하게 떨어집니다. 또한, 측정값에는 ±3% 정도의 양자 오차가 반드시 발생한다는 것을 이해하고 사용해야 합니다.

고주파 신호의 측정만 한다면 다이렉트 방식의 주파수 카운터로 문제없이 측정이 가능하지만, 다이렉트 방식으로 정확도를 높이기 위해서는 타임 윈도우 시간폭을 길게 설정해야 합니다. 하지만 다이렉트 방식으로 타임 윈도우 시간폭을 길게 하면 1회 측정 시간도 길어지기 때문에 효율이 극도로 떨어지는 단점이 있습니다. 이러한 상황에서 선택할 수 있는 것이 ‘레시프로컬 방식’의 주파수 카운터입니다.

2. 왕복식 방식

레시프로컬 방식의 주파수 카운터는 입력된 파형을 그대로 또는 분주한 파형을 내부 기준 클럭으로 카운트하는 방식입니다. 특히 낮은 주파수 계측의 경우, 높은 유효 자릿수를 얻을 수 있다는 장점이 있습니다. 레시프로컬 방식의 주파수 카운터에서 유효 자릿수는 내부 기준 클럭과 게이트 시간에 의해 결정되며, 입력 주파수의 영향을 받지 않는 것이 특징입니다.

예를 들어, 내부 기준 클럭이 10MHz이고 게이트 타임이 1초인 경우 유효 자릿수는 7자리, 같은 기준 클럭에서 게이트 타임이 10초인 경우 유효 자릿수는 8자리입니다. 낮은 주파수 대역의 측정에서 높은 유효 자릿수를 얻을 수 있는 왕복 방식이지만, 카운터 자체의 동작이 복잡하기 때문에 가격이 비싸다는 단점이 있습니다.

선형 전원 공급 장치란?

선형전원은 상용 교류전원을 직류전원으로 변환하여 회로를 안정화시키고 전압변동을 줄이기 위해 선형전원 또는 스위칭전원의 안정화 전원을 사용합니다.

선형전원은 진공관이 사용되던 시절부터 사용되어 온 방식입니다. 회로에 가변저항 또는 3단자 IC를 내장해 입력에서 전력을 연속적으로 제어해 출력 전압을 조절합니다. 아날로그 제어로 작동한다는 특징이 있습니다.

출력 전압의 정확도는 좋지만, 장치가 크고 무겁고 내부에서 전력 손실이 커서 효율이 낮고 가변 저항으로 인한 발열이 많다는 특징이 있습니다.

선형 전원 공급장치의 사용 용도

최근에는 가볍고 소형의 스위칭 전원공급장치가 많이 사용되고 있지만, 선형 전원공급장치는 소출력의 전원으로 소음을 줄이고자 할 때 많이 이용됩니다.

크기는 커지지만 소음이 적기 때문에 계측기, 의료기기, 고급 오디오에 사용된다. 또한, 무선 전화기나 데스크톱 PC의 스피커, 전동공구 등에도 사용되고 있습니다. 특히 3단자 IC를 사용한 리니어 전원공급장치는 비교적 크기가 작고 사용이 편리하여 많이 사용되었습니다.

선형전원의 원리

선형전원은 회로 구성이 간단하고 노이즈가 적은 전원입니다. 상용 교류 전원을 가져와 가변 저항을 직렬로 연결하여 여분의 전압을 제거하여 직류 전원으로 만듭니다. 제거한 전압은 저항에서 열에너지가 되므로 발열량이 증가합니다. 따라서 레귤레이터 부분에는 방열판이 필요합니다.

회로에는 저항만 사용하기 때문에 구조는 간단하지만 열을 제어할 수 없습니다.

직렬 레귤레이터와 션트 레귤레이터가 있는데, 일반적으로 직렬 레귤레이터가 사용되며, 션트 레귤레이터가 사용되는 용도는 제한적이다. 제너 다이오드나 3단자 IC가 사용됩니다.

사용 용도에 따라 선형 전원 공급장치의 발열을 견딜 수 있는지를 검토해야 합니다. 또한, 선형 전원의 노이즈는 스위칭 전원보다 작게 억제할 수 있어 음질을 높일 수 있기 때문에 오디오 기기를 고집하는 경우에는 원하는 음질을 구현하기 위해 선형 전원을 직접 제작하는 경우도 있습니다.

노이즈 차단 변압기의 접지

전기회로의 접지와 접지 사이에 전위가 다른 곳이나 접지할 수 없는 곳에서도 노이즈를 방지할 수 있는 방법은 있습니다. 그런 경우에도 우선은 노이즈 차단 변압기를 설치해보시기 바랍니다. 그래도 효과가 없을 때는 첫째, 노이즈 차단 변압기 설치 장소를 최대한 넓은 면적으로 접지와 접촉하도록 하는 것입니다. 두 번째는 입력 케이블과 출력 케이블을 노이즈가 차폐될 수 있는 차폐선으로 만들고, 이 차폐선과 노이즈 차단 변압기 케이스를 넓은 면적으로 설치하는 것입니다. 위의 작업을 통해 노이즈 제거 효과의 향상을 기대할 수 있습니다.

노이즈 컷 트랜스포머의 구조

노이즈 컷 트랜스포머의 구조에 대해 설명하겠습니다. 그 전에 소음을 차단하고 싶을 때 일반적으로 하는 대책은 소음 발생원을 절연하는 것입니다. 절연을 하면 노이즈의 영향을 거의 받지 않게 됩니다. 그래서 실제로 이루어지는 절연 대책인데, 회로상에서는 대부분 포토커플러를 사용합니다. 그리고 또 하나의 포토커플러를 사용하지 않을 경우의 대응 방법이 절연 변압기입니다. 비용이나 공간의 문제에서 보면 압도적으로 기판상의 포토커플러로 대응하는 것이 바람직하지만, 기판을 사용할 수 없는 경우에는 절연 트랜스포머를 사용합니다.

하지만 절연트랜스도 만능은 아니며, 차측 권선으로부터 오는 노이즈의 영향을 차측 권선도 받게 됩니다. 그래서 등장한 것이 노이즈 차단 변압기입니다. 이 변압기는 단순한 절연 변압기가 아닌 장애파 차단 변압기입니다. 여기서는 그 원리와 동작 등 자세한 설명은 생략하고 구조만 소개하겠습니다.

노이즈 컷 변압기의 구조적 특징은 기존의 절연 변압기 구조에 더해 코일 변압기 외곽에 다중의 피복 전자파 차폐판을 설치한 것입니다. 이것이 가장 큰 특징입니다. 또한, 코일 배치 및 자심 재질과 형상을 고주파 노이즈의 자속이 코일 상호간에 연쇄적으로 교차하지 않도록 만들어져 분포하는 정전용량 결합과 전자기 유도에 의한 노이즈의 전달을 방지하고 있어 노이즈 차단에 매우 우수한 변압기입니다.

계측 증폭기란?

계측 증폭기란 스트레인 게이지나 압력 트랜스듀서 등 각종 센서류의 매우 미약한 신호를 감지하여 고정밀도로 증폭하는 것을 주된 목적으로 하는 증폭기를 말합니다.

제조에 관련된 장치나 설비에서 압력이나 온도 등을 측정할 목적으로 각종 센서 신호를 증폭하기 위해 최적화된 증폭기 회로를 가지고 있기 때문에 계측 증폭기라고도 합니다. 그 외에도 인스트루멘테이션 앰프(Instrumentation amplifier)도 명칭 중 하나입니다.

일반적인 연산 증폭기와 계측 증폭기는 이득 설정도 다릅니다. 연산 증폭기에 비해 계측 증폭기는 미리 설정된 특정 좁은 범위 내에서 이득을 선택하는 만큼 정확도가 매우 높은 것이 특징입니다.

계측 증폭기의 사용 용도

계측 증폭기는 스트레인 게이지 등 각종 센서의 신호를 감지하고 안정적으로 증폭하기 위한 목적으로 사용됩니다. 계측 증폭기의 특성을 활용하여 노이즈 발생을 낮게 억제하고 각종 센서에서 검출되는 미약한 신호를 증폭하여 센서의 파라미터 동작을 최적화하는 등 산업용 계측 어플리케이션 시스템 용도로 널리 사용되고 있습니다.

이 외에도 모터 제어, 차량용 기기, 데이터 수집 장치 등 다양한 용도로 사용되고 있습니다.

계측 증폭기의 원리

계측 증폭기는 입력부에 차동형식을 가지고 출력부를 싱글 엔드 증폭기 출력으로 하여 입력 노이즈를 억제합니다. 특히 CMR이라고 불리는 공통 모드 제거비를 크게 확보하기 위한 목적에 충실한 증폭기 동작을 하는 것이 특징입니다.

연산 증폭기와 비교하면 특정 기능에 특화되어 설계된 증폭기마다 전용 목적에 맞게 사용하기 때문에 구조적으로는 연산 증폭기와 같지만 운용 방법 등이 다릅니다. 예를 들어, 고정밀 계측을 위해 바이어스 전류의 입력을 낮게 억제해야 하며, 나노 암페어 단위의 작은 값을 갖는 것이 일반적입니다.

차동 입력은 입력 단자 2개로 구성되며, 평형 상태 유지에 따라 수백 MΩ 이상의 높은 입력 임피던스를 갖는 반면, 일반적으로 출력 임피던스는 수 mΩ으로 상당히 낮게 설정되어 있습니다. 또한, 동작 방식에 있어서도 미리 설정된 좁은 범위 내에서 일반적으로 저항이나 단자를 이용하여 이득을 선택하기 때문에 연산 증폭기에 비해 사용 용도 범위가 좁고 유연성이 떨어지지만, 편차가 억제된 매우 높은 정밀도를 실현할 수 있습니다.

계측 증폭기의 기타 정보

1. 연산 증폭기와 계측 증폭기의 차이점

계측 증폭기는 회로 구성상 연산 증폭기를 사용하고 있지만, 회로로서의 취급은 연산 증폭기와는 크게 다릅니다. 연산 증폭기는 적분 회로, 전압 추종기 등 다양한 아날로그 회로에 사용되고 있으며, 그 가장 큰 특징은 출력에서 입력으로의 외부 피드백 루프에 있습니다.

이 피드백 루프가 연산 증폭기의 다양한 응용 분야에 적용 가능성을 높여주는 이유 중 하나이며, 이 설계에 따라 증폭기 전체의 여러 특성이 결정됩니다. 그러나 계측 증폭기에는 출력에서 입력으로의 외부 피드백 루프가 없습니다. 계측 증폭기는 내부에 연산 증폭기를 두 개 또는 세 개 가지고 있지만, 회로 구성상 차동 증폭과 공통 모드 제거의 역할에 충실한 증폭기입니다.

그 결과, 일반 연산 증폭기와 달리 계측 증폭기는 스트레인 게이지 등의 센서류에서 나오는 미약한 신호를 처리할 수 있습니다.

2. 센서 ASIC에 집적

계측 증폭기는 디스크리트 앰프로 취급하는 메이커도 있지만, 대부분 센서 ASIC로 대표되는 압력 트랜스듀서 등의 휘트스톤 브리지 회로와 쌍으로 사용되는 경우가 많아 압력 센서 등의 제어용 ASIC 회로의 일부로 활용되고 있습니다.

원래 계측 증폭기 자체가 개별 부품으로 보드에 구성되는 것보다 IC로 모놀리식 집적하는 것이 증폭기 트랜지스터 특성이나 저항의 쌍비를 확보하기 쉽고, 계측 증폭기로서의 특성을 이끌어 내기 쉽습니다.

또한, ASIC화에 따라 센서의 온도 보정 등 각종 파라미터의 보정 용도로 활용할 수 있으며, 마이컴과 연결되는 디지털 인터페이스의 집적과도 궁합이 좋아 소형화 및 고부가가치화에 적합합니다.