전위차계란?
전위차계는 회로의 두 지점 사이의 전위차에 의해 전위나 전압 등을 정확하게 측정할 수 있는 기기입니다.
대전된 도체 사이의 정전기 인력과 정전기 반발력을 이용하여 회로에서 전류를 흘려보내지 않고도 측정할 수 있습니다. 전위차계의 대표적인 형태로는 사분면 전위차계와 진동 용량 전위차계를 들 수 있습니다.
사분면 전위차계는 금속제 가동편(4개로 분할된 원판 사이가 철사로 매달려 있음)에 의해 측정하며, 전위 외에도 미세전류, 저전력률(공급 전력 중 소비전력의 유효 이용률이 낮음을 나타내는 지표) 등의 측정에 이용할 수 있습니다.
진동 용량 전위차계는 입력과 병렬로 연결된 전기 용량을 변화시켜 직류 입력을 교류로 변환한 후, 이를 증폭하여 출력을 읽어내는 방식입니다. 그러나 취급에 숙련된 기술이 필요하기 때문에 최근에는 디지털 멀티미터가 널리 사용되고 있습니다.
전위차계의 사용 용도
전위차계는 일반 전압계로 평가가 어려운 경우에 많이 사용됩니다. 구체적인 용도는 다음과 같습니다.
- 내부 저항이 높은 전원의 기전력을 측정하는 경우.결정체, 마찰전기 등 압전처럼 고전압이지만 전류를 흘릴 수 없는 경우
- 전류를 흘려도 양극과 음극의 분극이 발생하여 기전력의 정확한 값을 측정할 수 없는 경우
전위차계는 일반 전압계에 비해 입력 저항이 KΩ 정도로 매우 높습니다. 따라서 방사선, 정전기, 절연재료 등의 분야에서 전위, 절연저항, 전하, 미세전류 측정에 사용됩니다.
전위차계의 원리
전위차계는 정전기를 측정하는 표면 전위 측정기의 경우 정전기 유도 현상을 이용하여 대전된 물체로부터 유도된 전하를 전류로 변환하여 교류 전압 값으로부터 대전 전위를 측정합니다.
표면전위 측정기의 측정부인 표면전위 센서는 정전기 유도 현상을 이용하고 있습니다. 정전기 유도 현상은 전하를 띤 물체를 도체에 가까이 했을 때, 전하를 띤 물체에 가까운 쪽에 전하를 띤 물체와 반대 극성의 전하가 끌어당겨지는 현상을 말합니다.
전위차계에서 정전기장 강도(전기장의 세기를 나타내는 값으로, 대전된 물체의 전위에 비례한다)를 검출 전극이 받으면 유도전하가 발생합니다. 이 정전기장 강도를 진동전극으로 주기적으로 변화시키면 유도전하도 동조하여 주기적인 변화를 일으켜 검출전극에서 접지(접지극)로 변위전류가 흐르게 됩니다. 이때 흐르는 전류를 저항을 통해 교류 전압 신호로 변환하여 충전된 물체의 충전 전위를 측정할 수 있습니다.
측정되는 값은 거리, 물체의 크기, 환경 조건(온도, 습도 등)에 영향을 받기 때문에 이러한 요인을 일정하게 유지한 상태에서 비교 검토를 해야 합니다.
전위차계의 기타 정보
1. 인체 전위 측정기에 대하여
전위차계 중에서도 특히 인체의 전위를 정확하게 측정하기 위한 장비가 인체전위 측정기입니다. 인체전위측정기를 사용하면 측정한 전위값을 바탕으로 작업자가 가지고 있는 전자기기의 충전이나 공구류의 방전 전류로 인해 전자기기가 파괴될 수 있는지 여부를 판단할 수 있습니다.
또한 인체전위 측정기를 통해 손목밴드, 정전기 매트, 정전기 신발 등의 정전기 대책이 인체의 전위를 어느 정도 감소시킬 수 있는지를 평가할 수 있습니다.
2. 산화환원전위계의 주의점
전위차계 중에서도 산화환원전위계의 경우, 전극의 염화칼륨이 침전되어 전극 끝부분의 구멍을 막게 되므로 전극 끝부분이 마르지 않도록 주의해야 한다. 물을 평균화하기 위해 전극으로 물을 저어주면서 측정합니다.
만약 산화환원전위계의 수치가 비정상적인 경우, 물때나 산화막 등의 부착이 원인일 가능성이 높습니다. 물때가 센서에 묻었을 때는 부드러운 솔 같은 것으로 끝부분을 가볍게 문질러서 수돗물로 씻어냅니다.
그래도 산화환원전위 수치가 비정상적으로 나오면 중성세제를 희석한 것을 부드러운 브러시 등에 묻혀서 세척하면 좋습니다. 산화막이 센서에 부착된 경우에는 감지극 연마제를 사용해야 합니다.
운송 중 흔들림으로 산소가 발생하기 때문에 구입한 지 얼마 되지 않은 제품도 산화막이 생길 수 있습니다. 또한 깨끗한 물을 측정하는 경우 산소량이 많기 때문에 산화막 형성에 주의해야 합니다.