LCR 미터란?
LCR 미터는 임피던스를 측정하는 장치로 LCR은 L(인덕턴스), C(커패시턴스), R(저항)을 나타내는 기호입니다. 이 세 가지를 합쳐서 임피던스라고 하는데, LCR 미터는 임피던스를 측정하는 측정기기를 말합니다.
LCR의 의미
L, C, R의 각 구성 요소에는 전기적 특성이 있습니다. 각각을 대표하는 전기 부품은 코일, 커패시터, 전기 저항입니다.
L 성분
L성분은 인덕턴스(Inductance)라고 합니다. 전자기 유도에 관한 법칙인 렌츠(Lenz)의 법칙의 머리글자를 따서 L로 불리게 되었다는 설이 있지만, 여러 가지 설이 있습니다. 단위는 헨리(H)입니다.
코일에 흐르는 전류가 변화하면 그 변화를 방해하는 방향으로 전력을 발생시키는 성질이 있습니다. 이 성질의 강도를 인덕턴스라고 하는 성분으로, L 성분이 높은 회로는 전류 변화에 둔감해집니다. 가파른 노이즈 전류 등에 강한 반면, 교류 회로에 사용하면 역률이 느려져 효율이 떨어집니다.
C 성분
C 성분은 커패시턴스(Capacitance)라고 합니다. 커패시터를 영어로 번역한 커패시터(capacitor)에서 유래했습니다. 일본어로는 정전 용량이라고도 하며, C 성분은 전기의 원천인 전하를 저장할 수 있는 용량을 나타냅니다. 단위는 패러드(F)입니다.
커패시터는 회로에서 코일과 반대의 역할을 합니다. 따라서 C 성분이 높은 회로는 전류를 가파르게 변화시킵니다. 교류 회로에서는 역률을 높여주지만 노이즈 전류 등을 증폭시킬 위험이 있습니다. 직류 제어 회로에서는 전압을 증폭시키거나 평활화하는 역할을 합니다.
R 성분
R 성분은 저항(resistance)이라고 합니다. 일본어로 번역하면 저항으로, 말 그대로 전기 저항을 뜻합니다. 단위는 옴(Ω)입니다.
전기 저항이 높으면 교류 회로도 직류 회로도 전류가 잘 흐르지 않습니다. 교류와 직류 모두 송전 효율이 떨어지고 고장 시 최대 전류도 작아집니다.
LCR 미터의 사용 용도
LCR 미터는 산업 분야에서는 전자기기 개발이나 시험 등에 많이 사용됩니다. 구체적으로 커패시터, 코일 등 전력 및 전자 부품의 성능 시험에 사용됩니다. 일상생활에서는 주로 의료 분야에서 LCR 미터가 사용되고 있습니다. 구체적인 예로는 체지방률 측정기 등이 있습니다. 인체의 임피던스를 측정하여 체지방률과 수분량을 측정할 수 있습니다.
LCR 미터는 CT나 NMR과 같은 고가의 장비가 아닌 저렴한 비용으로 쉽게 도입할 수 있다는 장점이 있어 의학 연구에서도 유용하게 쓰입니다.
LCR 미터의 원리
LCR 미터를 이용한 임피던스 측정은 대상물에 교류 전류를 인가하여 측정합니다. 기본 원리는 교류 전압을 인가하고 전류와 위상차를 측정하여 임피던스를 계산합니다.
LCR 미터는 발진기, 벡터 전압계, 전류 전압 변환기의 세 가지 회로로 구성된 자동 평형 브리지라는 구성을 가지고 있습니다. 이는 연산 증폭기를 이용한 반전 증폭 회로와 같은 구성입니다. 임피던스 계산은 AD 컨버터를 이용한 디지털 변환으로 이루어집니다.
LCR 미터를 구성하는 요소 중 가장 중요한 것은 벡터 전압계로, 락인 앰프의 원리를 응용하여 입력 신호에 동기화된 기준 신호를 발생시켜 진폭과 위상차를 검출합니다.
자동 평형 브리지를 기반으로 한 LCR 미터는 100kHz를 초과하지 않는 저주파수 측정에 적합하며, 100kHz 이상의 고주파수 영역에서는 특성 임피던스라고 하는 부품 자체의 임피던스의 영향이 커지기 때문입니다.