개념 한 쪽
공조냉동기계기사 센서용 검출변환기 — A/D·D/A 변환·양자화 오차
이 세트는 센서가 만든 신호를 제어계가 다룰 수 있는 값으로 바꾸는 변환기를 다룬다. 디지털-아날로그 변환의 비례 계산, 아날로그-디지털 변환의 양자화 오차, 센서와 변환 요소의 역할이 중심이다.
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뜻
검출변환기는 변위, 속도, 가속도, 압력, 열, 빛 같은 물리량을 전기 신호로 바꾸는 계측의 첫 요소다. 센서가 물리량을 전기량으로 바꾸면, 제어계는 그 신호를 증폭하거나 디지털 값으로 바꾸어 판단한다.
디지털 제어에서는 신호를 이산적인 값으로 다룬다. 아날로그 신호를 디지털로 바꾸는 A/D 변환기와, 디지털 값을 다시 아날로그 전압으로 바꾸는 D/A 변환기가 필요하다.
D/A 변환기의 출력은 입력값과 비례한다. 3비트 입력 011이 3V이면 011은 십진수 3이므로 최하위 비트 1단위당 1V다. 101은 십진수 5이므로 출력은 5V다.
A/D 변환에서는 양자화 오차를 따진다. 비트 수가 정해지면 입력 범위를 몇 단계로 나눌 수 있는지가 정해진다. 3비트면 2³=8단계이므로, 이 세트의 출제기준은 양자화 오차를 최대값 M을 8로 나눈 값으로 본다. 엄밀한 변환 이론에서는 최대 오차를 단계 폭의 절반으로 보기도 하지만, 이 카드는 출제기준 표기를 따른다.
제어기 쪽에서는 비례·적분·미분 동작을 조합한다. PI 제어의 적분 항은 정상 상태 오차를 줄이고, 미분 동작은 편차의 변화율을 이용한다. 온-오프 제어는 출력이 이산적으로 바뀌므로 불연속 제어다.
예제
출제 패턴은 세 가지다. ① D/A 변환 — 011(2)=3이 3V이면 최하위 비트 1단위당 1V이고, 101(2)=5이므로 5V다. ② A/D 양자화 — 3비트면 8단계이므로 출제기준은 최대 오차를 M/8로 본다. ③ 제어동작 — PI는 정상 상태 오차를 줄이고, 미분은 편차의 변화율을 쓴다.
자주 묻는 물음
- D/A 변환기의 출력은 어떻게 구하나요?
- 입력값과 출력이 비례하므로 최하위 비트 1단위당 전압을 먼저 구한다. 3비트 011이 3V이면 011은 십진수 3이라 1단위당 1V이고, 101은 십진수 5이므로 5V다.
- A/D 변환기의 양자화 오차는 무엇인가요?
- 아날로그 값을 정해진 단계로 나누면서 생기는 오차다. 3비트면 2³=8단계가 되며, 이 세트의 출제기준은 최대값 M을 8로 나눈 값을 양자화 오차로 본다. 변환 이론에서는 단계 폭의 절반을 최대 오차로 보는 관점도 있다.
- 검출변환기는 무슨 역할을 하나요?
- 변위, 속도, 가속도, 압력, 열, 빛 같은 물리량을 전기 신호로 바꾸는 계측의 첫 요소다. 바뀐 신호를 제어계가 증폭하거나 디지털 값으로 변환해 판단에 쓴다.
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