회전계란?
회전계(영어: revolution indicator, tachometer)는 회전운동을 하는 물체의 회전수나 회전속도를 측정하는 계측기이다. 회전 속도는 본래 각속도로 표현되는 양이지만, 산업적으로는 일정 시간 내 회전수, 예를 들어 분당 회전수(rpm) 등으로 표현하는 경우가 많기 때문에 회전 속도를 측정하는 계기를 일반적으로 회전계라고 부릅니다.
회전계에는 회전체에 접촉하여 측정하는 방식과 비접촉식으로 측정하는 방식이 있습니다. 접촉식은 회전체에 접촉자를 직접 눌러서 측정하기 때문에 빠르게 측정할 수 있습니다. 비접촉식은 회전체에 반사마크를 부착하거나 센서류를 부착하여 측정합니다. 고속 회전체나 고온의 물체도 측정할 수 있습니다.
회전계는 주로 회전기기의 유지보수, 엔진, 전동기, 발전기, 터빈 등의 회전속도를 측정하는 데 사용됩니다.
회전계 사용 용도
회전계는 회전물의 회전수나 회전속도를 접촉식 혹은 비접촉식으로 측정하는 경우에 사용됩니다. 구체적으로는 엔진 등 내연기관, 모터, 터빈 발전기, 냉동기 등 광범위한 산업용 제품입니다. 가까운 예로는 자동차 계기판에 엔진 회전수가 표시되는 것을 들 수 있습니다.
회전계의 원리
회전계는 크게 기계식과 전자식으로 나뉜다. 기계식은 오래전부터 사용되어 왔으며, 회전수를 세는 십진기어기구와 이를 일정 시간 동안 작동시키기 위한 계측기구를 결합한 것으로, 허슬러식 회전계가 대표적입니다. 일정 시간 동안 회전한 횟수를 측정합니다.
접촉식 회전계는 주로 영구 자석, 감지 코일, 자기 회로로 구성됩니다. 회전으로 인한 자속 변화에 비례하는 유도 전압을 코일로 감지합니다. 이 전압을 변환하여 회전의 출력 신호로 사용합니다. 회전 속도의 순간 값, 즉 각속도를 연속적으로 측정하고 지시하는 계측기에는 각속도를 이에 비례하는 다른 다루기 쉬운 물리량, 예를 들어 원심력, 유체의 점성력, 전자기 유도에 의한 기전력 등으로 변환하여 측정합니다.
비접촉식 회전계는 여러 가지 방식이 있습니다. 반사 마크 방식은 회전체 반사 테이프의 반사광을 세고, 자력 방식은 회전체 자석의 자기장 변화를 감지하는 방식입니다. 그리고 센서 방식은 회전체에 부착한 센서의 신호를 카운트하는 방식입니다. 센서에는 광학식, 자기식, 전자기 유도식 등의 종류가 있습니다.
회전계의 종류와 측정법
회전계는 접촉식, 비접촉식, 겸용식, 센서식 등으로 분류됩니다.
1. 접촉식 회전계
기계식은 회전축의 중심에 밀착하여 사용합니다. 기어를 사용하여 특정 시간 동안 회전한 횟수를 계산합니다. 버튼을 누르면 보통 3초 동안 회전수가 rpm으로 표시됩니다. 전자식에는 다양한 종류가 있다. 핸디형 회전계를 회전축 중앙에 대고 누르면 rpm을 바로 읽을 수 있습니다.
회전계에 주속 링을 부착하여 회전축의 원주 방향 표면에 밀면 주속을 측정할 수 있습니다. 접촉식 회전계로 고속으로 회전하는 기기를 측정하는 것은 위험합니다. 저속용으로 사용하는 것이 더 안전합니다.
2. 비접촉식 회전계
비접촉식 회전계에는 반사마크 방식, 자기력 방식, 센서 방식 등 다양한 방식이 있습니다. 표시 방식은 아날로그 방식과 디지털 방식이 있습니다. 일반적으로 아날로그 출력과 디지털 출력을 모두 갖추고 있습니다. 두 방식 모두 감지한 회전 신호를 증폭 후 직류 전압으로 변환하여 회전의 출력 신호로 사용합니다.
반사 마크 방식은 회전축 외주면에 반사 테이프를 붙이고 회전계에서 적색 가시광선이나 LED를 방출하여 반사 마크에서 반사되는 빛을 세는 방식입니다. 그리고 회전수로 환산하여 표시합니다. 반사 테이프의 개수에 따라 측정 범위가 달라집니다. 감지 거리는 20~300mm 정도입니다. 자력 방식은 회전축을 자화시켜 자속 변화를 감지하는 회전계입니다.
3. 접촉식 및 비접촉식 회전계
핸디형 비접촉식 회전계 헤드에 접촉 어댑터와 회전 접촉자를 장착하면 접촉식 회전계가 되는 타입입니다.
4. 센서식 회전계
회전축에 센서류를 부착하여 계수하는 방식입니다. 광학식, 자기식, 전자기 유도식 등이 있습니다. 대부분 비접촉식입니다.
- 광학식
슬릿이 있는 원반을 회전체에 장착하고, 빛을 입사시켜 슬릿을 통과하는 수를 카운트하는 방식입니다. 응답이 빠른 특징이 있습니다. - 자기식
모터에 자석을 장착하여 회전으로 인한 자기장의 변화를 감지하는 방식입니다. 자기식은 물이나 기름 등 오염에 강한 특징이 있습니다. 산업용 재봉틀, 공작기계 등 오염되기 쉬운 환경에서도 사용할 수 있습니다. - 전자기 유도식
센서의 코일이 회전체에 설치된 돌기 등을 통과할 때 자기장의 변화를 감지하는 방식입니다. 고속 회전 측정에 적합합니다. 자동차의 ABS 시스템 등에 사용됩니다. 회전 센서 등을 특별히 장착하지 않고 진동이나 소음을 감지하여 회전수를 추정 측정하는 FFT 연산식 회전계가 등장하고 있습니다.