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 온도계 — 열전대·측온저항(서미스터) 구분
온도를 전기 신호로 바꾸는 여러 센서가 존재한다. 대표적으로 열전대는 온도 차에 의해 전압을 발생시키고, 측온저항(RTD)과 서미스터는 온도 변화에 따라 저항값이 변해 임피던스로서 동작한다. 제어계에서 어떤 출력이나 입력에 연결되는지도 센서 선택에 영향을 준다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「온도계」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 온도→임피던스 변환 판단 | 1 | 온도를 임피던스로 변환하는 소자를 구분한다 |
| 서미스터 온도-저항 특성 | 1 | 온도 증가에 따른 서미스터/도체의 저항 변화 방향을 묻는다 |
| PLC 출력부 설치 장치 판별 | 1 | PLC의 출력부에 설치되는 구동기와 설치되지 않는 보호기 구분을 묻는다 |
뜻
열전대(Thermocouple)는 서로 다른 두 금속을 접합하여 접합부의 온도 차이에 의해 기전력(전압)이 발생하는 열전효과를 이용하는 센서다. 발생하는 전압은 온도에 비례하므로 그 전압을 측정하여 온도를 알 수 있다. 열전대는 온도를 전압으로 직접 변환하는 대표 소자다.
측온저항(Resistance Temperature Detector, RTD)은 온도 변화에 따라 저항값이 변하는 소자다. 교류 회로에서의 임피던스 개념으로 보면 측온저항은 온도를 임피던스로 변환하는 역할을 한다. 따라서 온도→저항(임피던스) 변환이 요구되는 계측에 사용한다.
서미스터(thermistor)는 반도체 성질을 갖는 온도 감지 소자로, 온도 변화에 따라 저항이 크게 변한다. 금속 도체와는 달리 반도체 계열 소자는 온도가 상승하면 저항이 감소하는 성질을 보일 수 있으므로 도체와 반도체의 온도-저항 관계를 구분하여 이해해야 한다.
광센서 예시(CdS 셀, 포토다이오드 등)는 빛을 검출하는 소자로 온도 센서와는 작동 원리가 다르다. 또한 센서의 기능과 제어기기의 입출력 역할을 혼동하지 않아야 한다. PLC의 출력부는 주로 구동기를 제어하는 곳으로 보호용 소자와는 구분한다.
예제
온도를 전압으로 바꾸는 장치를 고르는 문제에서는 '열전대'를 선택해야 한다는 점을 대표 풀이로 제시한다. 반대로 온도를 임피던스로 바꾸는 선택지에서는 '측온저항(RTD)'이 정답이 된다. 서미스터의 경우 온도가 증가하면 저항이 어떻게 변하는지 물을 때는 재료에 따라 반도체 계열의 특성(저항 감소)을 확인해야 한다.
PLC 관련 문항에서는 출력부에 설치하는 장치와 설치하지 않는 장치를 구분한다. 출력부는 구동기(솔레노이드, 램프, 전자개폐기 등)를 연결하는 곳이고, 열동계전기처럼 보호 목적의 장치는 출력부의 구동기로 설치하지 않는 점을 근거로 삼는다.
문제 풀이 팁은 물리량과 출력 신호 형태를 매칭하는 것이다. 예를 들어 '온도→전압'이면 열전대, '온도→저항'이면 측온저항(RTD), '빛→저항'이면 CdS 광저항을 떠올려 분류한다.
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 서로 다른 두 금속의 접합부에서 발생하는 기전력으로 온도를 전압으로 변환하는 소자이고, 측온저항은 온도 변화에 따라 저항값이 변하여 온도를 임피던스(저항)로 변환하는 소자라서 변환 출력 형식이 다르다.
- 서미스터는 온도가 증가하면 저항이 어떻게 변하는가?
- 반도체 계열인 서미스터는 온도가 상승하면 저항이 감소하는 성질을 보일 수 있으므로 금속 도체의 '온도↑→저항↑'와는 반대 특성을 가질 수 있다는 점을 기억한다.
- PLC의 출력부에 설치하지 않는 장치는 어떤 것인가?
- PLC 출력부는 외부 구동기(시그널 램프·솔레노이드·전자개폐기 등)를 제어하는 곳이므로, 과전류 보호용 장치인 열동계전기처럼 보호 목적 장치는 출력부의 구동기로 설치하지 않는다고 판단한다.
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