온도를 임피던스로 변환시키는 요소는?
- 측온저항
- 광전지
- 광전다이오드
- 전자석
정답과 해설 보기
정답 ① · 문제는 온도를 임피던스 즉 전기적 저항으로 변환하는 소자를 묻고 있다. 온도 변화에 따라 저항값이 변하는 측온저항체(RTD, resistance temperature detector)는 온도를 저항(임피던스 성분)으로 직접 변환하는 센서이다.
온도에 따라 저항값이 변하는 측온저항(RTD)이 온도를 임피던스(저항)로 변환한다.
개념 한 쪽
승강기기사 조절계 및 조절계의 기본 동작 — 센서·검출기와 구동요소의 대응
조절계 구성요소는 입력 물리량을 전기 신호로 바꾸는 변환요소, 제어 동작을 수행하는 구동부와 이들 사이의 동작 특성 차이로 요약된다. 센서의 출력 형태와 구동 방식의 장단점을 구분하여 오답을 판별하는 문제가 자주 출제된다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「조절계 및 조절계의 기본 동작」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 센서 출력 형태 매칭 | 1 | 입력 물리량과 센서 출력 전기량을 올바르게 연결하는 능력을 묻는다 |
| 서보·전동기 특징 식별 | 1 | 서보전동기나 자력제어 등의 장단점을 구분하는 능력을 묻는다 |
| 기계-전기 대응 관계 판별 | 1 | 토크 · 관성 등 기계량과 전기량의 대응 관계를 판단하는 능력을 묻는다 |
뜻
제어 시스템에서 변환요소는 외부 물리량을 전기 신호로 바꾸는 역할을 한다. 예를 들어 온도를 전압으로 바꾸는 소자는 열전대이며, 온도를 저항(임피던스)으로 바꾸는 소자는 측온저항(RTD)이다. 각 센서의 출력 형태를 정확히 매칭하는 것이 기본이다.
구동기 또는 조절 방식은 동작 원리에 따라 특징이 다르다. 자력제어는 전자석의 자력을 이용해 동작하며 구조가 간단하고 비용이 낮으며 동작이 확실한 장점이 있으나, 전자석의 자력 형성에 시간이 필요하므로 타력제어보다 조작 속도가 느리다는 단점이 있다. 전기식 조절기는 신호 전달 속도가 빠르고 선형성이 우수하지만 복잡한 PID 연산을 간단히 구현하기에는 한계가 있다.
서보기구 제어에서는 위치 검출기가 핵심 역할을 한다. 대표적인 검출기로는 싱크로, 전위차계, 차동변압기(LVDT)가 있으며 이들은 회전 또는 선형 위치를 전기적 신호로 변환한다. 서보전동기는 정밀 위치 제어를 위해 속응성과 내구성이 요구되며, 동작 시 발열이 발생하므로 냉각 방식이 필요하다.
기계-전기 유추는 서로 다른 물리량을 대응시켜 해석하는 방법이다. 구동력인 토크는 전기적 유추에서 전압에 대응하며, 관성은 인덕턴스, 마찰은 저항, 스프링 상수는 커패시턴스와 대응된다는 기본 대응표를 기억해야 한다.
예제
문제 유형은 센서의 입력·출력 매칭, 구동 방식의 장단점 식별, 기계-전기 유추 대응 관계 확인으로 나뉜다. 예를 들어 보기 중 '온도→전압'을 묻는 선지가 나오면 열전대를, '온도→임피던스'를 묻는 선지가 나오면 측온저항을 선택해야 한다. 자력제어의 장점(저비용·구조 간단·확실한 동작)과 단점(조작 속도의 지연)을 대조하여 '빠른 조작 속도'를 틀린 설명으로 고르는 방식의 문제가 자주 출제된다.
대표 기출 3문항
서보전동기의 특징으로 잘못 표현된 것은?
- 기동, 정지, 역전 동작을 자주 반복할 수 있다.
- 발열이 작아 냉각방식이 필요 없다.
- 속응성이 충분히 높다.
- 신뢰도가 높다.
정답과 해설 보기
정답 ② · 문제는 서보전동기의 특성 중 잘못된 설명을 찾는 것이다. 서보전동기는 정밀 제어와 반복동작에 적합하도록 속응성이 높고 신뢰성이 좋아 자주 기동·정지·역전 동작을 수행할 수 있지만 소형 고출력 특성으로 발열이 발생하므로 적절한 냉각이 필요하다.
서보전동기는 정밀 제어를 위해 발열이 발생하므로 냉각방식이 필요하며, 방열이 필요 없는 것은 오답이다.
전기식 조절기의 장점이 아닌 것은?
- 신호의 전달이 용이하고 지연(lag)이 거의 없다.
- 특성이 선형에 가깝다.
- 많은 종류의 제어에 적용되어 용도가 넓다.
- PＩD동작이 간단히 실현된다.
정답과 해설 보기
정답 ④ · 전기식 조절기는 신호 전달 속도가 매우 빠르고 지연이 적으며, 선형 특성이 우수하고 다양한 제어 시스템에 적용 가능하다는 장점이 있습니다. 그러나 PID(비례-적분-미분)와 같은 복잡한 연산 동작을 구현하기 위해서는 별도의 전자 증폭기 및 회로망이 추가로 필요하므로, 'PID 동작이 간단히 실현된다'는 설명은 장점으로 보기 어렵습니다.
전기식 조절기는 기계적 관성으로 인해 복잡한 PID 연산이 어렵다.
자주 묻는 물음
- 자력제어의 단점은 무엇인가?
- 전자석의 자력 형성과 기계적 구동에 시간이 소요되어 타력제어에 비해 조작 속도가 느리다는 점이 단점이다.
- 온도를 전압으로 변환하는 소자는 무엇인가?
- 열전대가 온도를 전압(기전력)으로 변환하는 대표적 소자이다.
- 서보기구 제어에 사용되는 검출기는 어떤 것들이 있는가?
- 싱크로, 전위차계, 차동변압기(LVDT) 등이 서보의 위치나 변위를 전기 신호로 검출하는 대표적 검출기이다.
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