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 습도계 — 센서의 변환원리와 응용
검출기기는 물리적 양을 전기적 신호로 바꿿 제어시스템에 전달한다는 공통 원리를 가진다. 온도, 위치, 압력 등 각 물리량에 따라 특화된 소자가 존재하며, 이들의 동작 원리와 용도를 구분하는 것이 주요 학습 목표이다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「습도계」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 온도→임피던스 대응 | 1 | 온도를 저항(임피던스)으로 변환하는 소자 식별 |
| 온도와 저항 특성 | 1 | 온도 상승에 따른 저항의 변화 방향을 판단 |
| PLC 출력부 구성 판단 | 1 | PLC 출력부에 연결되는 구동기와 아닌 것을 구분 |
뜻
검출기기는 입력되는 물리량을 전기 신호로 변환하는 장치로 정의한다. 예컨대 위치 정보를 전압으로 변환하는 전위차계는 가변 저항 원리를 이용해 회전각에 비례한 출력 전압을 만든다. 이처럼 각 센서는 자신이 변환하는 물리량과 출력 전기량을 한 쌍으로 가지므로 물리량→전기신호 매칭을 정확히 이해해야 한다.
온도를 전기 신호로 변환하는 대표 소자로는 열전대와측온저항(RTD), 서미스터가 있다. 열전대는 서로 다른 두 금속 접합부의 온도 차이에 의해 기전력을 발생시켜 전압을 얻는 원리를 이용한다. 측온저항은 온도 변화에 따라 저항값이 거의 비례적으로 변하는 소자로 온도를 임피던스(저항)로 변환한다. 서미스터는 온도에 민감하게 저항이 변하는 소자로 온도 측정과 보상용으로 널리 사용된다.
저항의 온도 의존성은 물질에 따라 다르게 나타낸다. 금속 도체는 온도가 상승하면 격자 진동이 활발해져 전자 산란이 증가하므로 저항이 증가하는 양의 온도 계수를 가진다. 반면 서미스터 등 일부 소자나 반도체는 온도 상승 시 저항이 감소하는 음의 온도 계수를 보일 수 있으므로 적용 시 구분해야 한다.
제어시스템의 입출력 구분도 중요하다. PLC의 출력부는 시그널 램프, 솔레노이드, 전자개폐기와 같이 외부 기계를 직접 구동하는 부하를 연결하는 곳이다. 반대로 보호용 소자나 전압검출기처럼 회로 상태를 모니터링하거나 보호하는 장치는 출력부의 구동 대상이 아니므로 역할에 따라 연결 위치를 판단해야 한다.
예제
문제에서는 물리량과 변환된 전기량의 쌍을 묻는 형태가 자주 등장한다. 예를 들어 '온도→저항'은 측온저항(RTD)을, '온도→전압'은 열전대를, '회전각→전압'은 전위차계를 떠올리면 정답을 고를 수 있다. 서미스터가 온도 보상용이라는 설명이나 금속 도체의 저항이 온도 상승에 따라 증가한다는 진술도 변별 포인트가 된다. PLC 출력부에 설치하는 장치는 구동기류이며, 보호 장치는 출력부의 부하가 아니라는 점도 흔한 출제 포인트이다.
대표 기출 3문항
더미스터는 온도가 증가할 때 그 저항은 어떻게 되는가?
- 증가한다.
- 감소한다.
- 임의로 변화한다.
- 변화가 전혀 없다.
정답과 해설 보기
정답 ② · 문항은 서미스터의 온도 증가에 따른 저항 변화를 묻고 있다. 서미스터 중 온도가 증가하면 저항이 감소하는 음(−)의 온도계수를 가지는 NTC 서미스터가 일반적으로 사용되므로 저항은 감소한다.
PLC(Programmable Logic Controller)의 출력부에 설치하는 것이 아닌 것은?
- 전자개폐기
- 솔레노이드밸브
- 열동계전기
- 시그널 램프
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제는 PLC 출력부에 직접 연결되어 구동되는 장치를 고르는 문제이다. PLC 출력부는 외부의 액추에이터나 표시등 등 전기적 구동부를 직접 제어하는 쪽이며 솔레노이드 밸브, 전자개폐기, 시그널 램프 등은 출력 신호로 구동되는 부하에 해당한다.
열동계전기는 과전류 시 바이메탈의 열변형으로 접점을 동작시키는 보호 기기이므로, PLC 출력부의 구동 장치로 설치되지 않는다.
자주 묻는 물음
- 열전대와 측온저항의 차이는 무엇인가?
- 열전대는 두 금속 접합에서 발생하는 기전력으로 온도를 전압으로 변환하고, 측온저항(RTD)은 온도 변화에 따라 저항값이 변하여 온도를 임피던스 형태로 변환한다.
- 서미스터는 어떤 용도로 사용하나?
- 서미스터는 온도에 따라 저항이 민감하게 변하므로 온도 측정과 온도 보상용으로 주로 사용한다.
- 금속 도체의 저항은 온도가 오르면 어떻게 되는가?
- 금속 도체는 온도 상승 시 격자 진동이 커져 전자 산란이 증가하므로 저항이 증가하는 양의 온도 계수를 가진다.
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