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제품기초지식

스코프코더의 기초 지식 2-2

관리자 2024-05-20 조회수 103

비절연 입력 모듈

 

입력 BNC 단자의 외측이 본체의 케이스에 연결되어 있는 비절연 모듈이 있습니다. 이 모듈은 고전압 차동 프로브를 이용하는 경우나 오실로스코프와 같이 프린트 기판의 신호를 관측하는 경우에 사용됩니다.

비절연 입력 모듈은 아래 그림과 같은 2입력 구조를 하고 있습니다. 공통 모드 전압이 다른 두 신호를 동일한 비절연 입력 모듈에서 관측하는 것은 쇼트가 되므로 주의가 필요합니다.

내부 구조는 다음과 같습니다.


그림 38 10MS/s, 12비트, 2ch 비절연 입력 모듈(701255)


비절연 입력 모듈과 조합하여 사용하는 테스트 리드와 프로브


비절연 입력 모듈에는 아래 그림과 같이 오실로스코프에서 사용되는 전압 프로브나 고전압 차동 프로브를 사용합니다.


그림 39 비절연형 입력 모듈에 연결하여 사용하는 테스트 리드와 프로브


임의의 2점간의 전압차를 측정할 수 있는 고전압 차동 프로브는 전원을 필요로 하므로 아래 그림과 같이 연결합니다. 이 경우 DL950에 프로브 전원 옵션(/P4 또는/P8)이 필요합니다.


그림 40 고전압 차동 프로브의 DL950 연결


전압 프로브나 고전압 차동 프로브에 높은 주파수를 인가했을 때 최대 입력 전압이 저하되므로 주의가 필요합니다. 아래 그림에는 고전압 차동 프로브의 사양에 나타나 있는 최대 입력 전압을 나타냅니다.


그림 41 고전압 차동 프로브의 최대 입력 전압(701978)



전류 신호 측정 및 전류 센서


메카트로닉스 기기나 파워 일렉트로닉스 기기에서는 전압과 전류를 동기 시켜 측정하는 경우가 많습니다.

전류 측정에는 용도에 따라서 전류 센서가 사용됩니다. 그리고 전류 센서로부터 출력 되는 전압을 전류 신호 파형으로서 스코프코더로 측정합니다.


표5 다양한 전류 센서


AC/DC 전류측정


500A 이하의 직류나 교류 전류 파형이면 전류 프로브와 전압 모듈을 조합하여 간단하게 측정할 수 있습니다. 전류 프로브는 전원을 공급할 필요가 있으므로 아래 그림과 같이 DL950과 연결합니다. DL950에 로브 전원 옵션(/P4 또는/P8)이 필요합니다.


그림 42 전류 프로브 DL950 연결



아래 그림과 같이 전류 프로브에서 높은 주파수의 신호를 관측하는 경우 전류값에 상한이 있으므로 주의가 필요합니다. 규정된 상한을 넘는 전류를 연속적으로 측정하면 전류 프로브가 과열되어 위험해 잘 수 있습니다.


그림 43 10MHz, 150Arms 전류 프로브(701930)의 입력 전류 딜레이팅



AC/DC 대전류 측정


대형 전력설비나 자동차 구동용 인버터에서는 100A 이상의 AC/DC 대전류를 측정하는 경우가 있습니다. AC/DC 대전류를 측정하는 경우에는 전류센서를 이용하여 파형 측정을 합니다.

예전부터 AC/DC 대전류를 측정하는 방법으로 션트 저항이 이용되어 왔습니다. 션트 저항은 간단하게 대전류 파형을 측정할 수 있지만 주파수 범위가 좁다는 것과 션트 저항 자신이 발열하여 에너지를 소비하므로 이용할 경우 사양의 확인이 필요합니다.


그림 44 션트 저항을 이용한 전류 파형 측정


고정밀도로 AC/DC 대전류의 파형을 측정할 경우 제로 플럭스형 전류 센서를 이용합니다. 제로 플럭스형 전류 센서는 전원 공급이 필요하기 때문에 아래 그림과 같은 구성으로 할 필요가 있습니다.


그림 45 제로 플럭스형 전류 센서를 사용한 AC/DC 대전류 측정



AC 전류 측정


직류 성분을 무시하고 교류 성분만의 전류 파형을 측하는 경우 변압기 원리를 응용한 AC 전용 전류 센서를 이용합니다. 출력은 전압 신호가 되므로 전압 모듈에 직접 접속할 수 있습니다. AC 전용 전류 센서는 외부에서 전원을 공급할 필요가 없기 때문에 쉽게 이용할 수 있습니다.


그림 46 AC 전용 전류 센서 연결


온도 측정용 모듈과 온도 센서



메카트로닉스 기기나 파워 일렉트로닉스 기기는 발열하는 부품이 있기 때문에 장치 내부의 온도 변화를 측정하는 경우가 많습니다.

 

온도 센서

온도를 측정하는 센서는 아래 그림과 같이 많은 종류가 있으며 용도나 측정하는 온도 범위에 따라 사용할 온도 센서를 선택합니다. 접촉식은 온도를 측정하고 싶은 물체에 센서를 붙이는 것입니다. 비접촉식은 물체로부터 방사되는 적외선으로부터 온도를 구하는 방식입니다.


그림 47 다양한 온도 센서



온도 센서 중 가장 많이 사용되는 센서는 저렴하고 사용하기 쉬운 열전대입니다. 열전대는 JIS규격이나 IEC규격으로 규정되어 있습니다. 아래 표에 있는 열전대가 자주 사용되는 것으로 DL950에서도 이에 대응하고 있습니다.


표 6 주로 사용하는 열전대




DL950은 열전대 이외에 극저온을 측정하는 금철-크로멜 열전대와 고온 측정이 가능한 텅스텐-레늄 열전대(W:W-5% Re/W-26% Re)도 사용 가능합니다. 또 DIN 규격(독일)의 U열전쌍(T와 유사), L열전쌍(J와 유사)에도 대응하고 있습니다.

 

온도 모듈

DL950에 사용되는 온도 모듈은 아래 표와 같습니다. 모듈은 열전대를 직접 모듈의 단자에 접속하는 타입과 모듈과 연결된 스캐너에 열전대를 접속하는 타입으로 나뉩니다.


표7 DL950에 사용하는 전압 / 온도 모듈의 사양 개요



직접 입력형 온도 모듈

 

직접 입력형 온도 모듈은 열전대나 전압 신호를 모듈의 단자에 직접 입력하는 타입입니다. 열전대는 입력 단자의 온도와 물체에 접촉하고 있는 물체의 온도차에 따라 기전력이 발생하는 것이므로 단자의 온도를 다른 온도 센서로 측정함으로써 기준 접점 온도(단자 온도)를 보상하고 있습니다. (기준 접점 보상)

아래 그림의 블록도에는 나타내지 않지만 파형 측 시 열전대의 단선이 생긴 것을 검출하는 번아웃 기능도 보유하고 있습니다.


그림 48 유니버셜 (전압 / 온도) 모듈(701261)


온도 모듈은 42V까지의 전압도 측정할 수 있습니다. 이 모듈에서의 신호 절연은 용량 절연 방식의 디지털 아이솔레이터가 사용되고 있습니다.

 

스캔형 온도 모듈

 

직접 입력형 온도 모듈에서는 1개의 입력 단자로 1점의 온도 측정을 할 수 있습니다. 기기나 장치의 온도 분포를 측정할 경우에는 여러 점의 온도를 측정해야 하므로 스캐너를 사용하여 다점 측정을 하는 것이 편리합니다.

스캔형 온도 모듈의 구조는 아래 그림과 같습니다. 하나의 A/D 변환기로 최대 16점의 온도를 측정할 수 있습니다. 

스캐너의 단자 온도를 측정하는 냉접점 보상 구조를 가지고 있습니다.


그림 49 16채널 온도 / 전압 입력 모듈(720221)



[칼럼] 열전대 이외의 온도센서

 

메카트로닉스 기기나 파워 일렉트로닉스 기기의 온도 측정에서는 열전대가 사용되는 경우가 많기 때문에 DL950은 각종 열전대에 대응하고 있습니다. DL950에서는 대응하고 있지 않지만, 그 외의 온도 센서도 있으므로 설명 드리겠습니다.


  1. 1. 측온 저항체

   열전대에 이어 공업 용도로 자주 사용되는 온도 센서입니다. 온도에 따라 저항값이 변화하는 특성을 이용한 온도 센서입니다. 온도에 따라 저항값이 변화하는 재료로는 백금, 니켈, 구리가 있습니다.      

   JIS 규격이나 IEC 규격에서는 백금을 이용한 측온 저항체가 규정되어 있습니다. 이용할 수 있는 온도 범위는 열전대에     비해 좁지만 정밀도가 높은 온도 측정을 할 수 있습니다. 

   또 열전대에서는 필요한 냉접점 보상이 불필요합니다. 본체에서 센서까지의 배선의 영향을 없애고 저항을 측정하기 위해 보통은 3선으로 배선 됩니다.


  1. 2. 서미스터

   서미스터는 온도에 따라 저항이 변화하는 세라믹 반도체입니다. 측정할 수 있는 온도 범위는 측온 저항체보다 좁습니다. 측온 저항체에 비해 작고 저렴하기 때문에 전자 체온계나 가전기기 내 온도감시 등에 내장되어

   많이 사용되고 있습니다.


  1. 3. 형광 온도 센서

    광섬유의 선단에 붙인 형광 물질에 섬광을 준 후에 형광 휘도의 감쇠가 온도에 따라 변화하는 특성을 이용한 것입니다. 전기적으로 절연된 상태에서 온도를 관측할 수 있는 특징이 있습니다. 

    마이크로파 가열 장치 내에서의 온도 측정이나 고전압이 인가된 기기의 온도 측정에 적합합니다.


  1. 4. 수정 온도 센서

   수정 진동자의 발진 주파수가 온도에 의존하는 특성을 이용한 것입니다. 백금 측온 저항체나 열전대보다 정밀도 높은 온도 측정이 가능하기 때문에 일반적인 온도 측정이 아닌 교정을 위한 온도 계측 표준기로

   사용됩니다.


  1. 5. 적외선 온도 센서

  물체에서 발생하는 적외선은 온도가 높아짐에 따라 많아지는 특성을 이용하여 비접촉으로 온도를 잴 수 있습니다. 비접촉이기 때문에 안전하게 온도 측정이 가능하지만, 광택이 있는 금속이나 유리 너머에서의 

  온도 측정은 불가능할 수 있습니다.  또 물질 고유의 방사율 설정을 하지 않으면 올바른 온도 측정이 불가능합니다.

  적외선 열화상 카메라를 이용하면 물체의 온도 분포도 측정할 수 있습니다. IS8000 통합 계측 소프트웨어 플랫폼을 사용하면 적외선 영상과 DL950 파형 데이터를 동일시간 상에 표시할 수 있습니다.


  1. 6. 광섬유 온도 센서

  광섬유를 지나는 적외선에서 산란해 돌아오는 빛 중 라만 산란광이 온도에 의존하는 특성을 이용한 새롭게 등장한 센서입니다. 발생한 펄스광에서 돌아오는 산란광의 시간을 재면 특정 장소의 온도를 알 수 있습니다. 

  이 때문에 1개의 광섬유를 물체에 감으면 온도 분포를 관측할 수 있습니다. 이는 화학 플랜트에서 사용되는 대형 설비의 온도 감시 등에 사용됩니다.