개념 한 쪽
센서는 주변 물리량을 전기 신호로 변환하여 자동화 시스템의 입력을 제공한다. 변환된 신호는 전송 과정에서 노이즈 영향을 받을 수 있으므로 차폐나 전송 방식으로 대책을 세우고, 적절한 센서 종류 선택과 신호 처리로 제어기에서 활용 가능한 형태로 출력한다는 흐름을 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「신호 변환, 전송, 처리, 출력」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 센서 정의 및 역할 판별 | 1 | 센서의 본질적 기능을 골라내는 능력 |
| 리드 스위치 특성 확인 | 1 | 비접촉 자계 감지 장치의 작동 원리 판별 |
| 비접촉 위치 검출 장치 선택 | 1 | 직접 접촉 없이 위치를 검출하는 장치 식별 |
센서(Sensor)는 온도, 압력, 빛 등 물리적 변화를 감지하여 전기적 신호(전압이나 전류)로 변환하는 장치이다. 센서는 자동화 시스템의 입력부 역할을 하며, 센서의 본질은 '감지 및 변환'이라는 기능으로 규정된다. 센서와 액추에이터의 역할을 구분하여, 센서는 물리량을 전기신호로 바꾸고 액추에이터는 구동 동작을 수행한다.
센서는 능동형(active)과 수동형(passive)으로 분류한다. 능동센서는 동작에 외부 전원이 필요한 소자이며, 수동센서는 외부 전원 없이 입력 에너지를 전기 신호로 직접 변환하는 소자이다. 예를 들어 포토다이오드는 빛을 전기로 변환하는 수동형 센서로 분류된다.
비접촉식 위치 검출에는 리드 스위치와 같은 자계 감지 소자가 자주 사용된다. 리드 스위치는 두 개의 자성 접점을 유리관에 넣어 외부 자석의 자기장에 의해 접점이 개폐되는 원리를 이용하는 수동형 스위치이다. 리드 스위치는 소형·경량·고속·정밀 특성을 가지며 회로 구성을 복잡하게 만들지 않는다.
계측 신호 전송에서 노이즈는 전기적 간섭 현상으로 발생한다. 주요 원인은 전도, 정전 유도, 자기 유도이며, 이들 모두 전기적 간섭을 통해 원치 않는 신호를 유발한다. 온도변화는 센서의 오차나 드리프트를 유발할 수는 있으나 노이즈의 직접적 발생 원인으로 분류하지 않는다. 노이즈 대책으로 실드 선을 사용하면 전계 차폐를 통해 정전 유도를 제거하는 효과가 있다.
열전대는 서로 다른 금속 조합으로 온도 차이를 전압으로 변환하는 센서이다. 표준적인 조합 예로 철-콘스탄탄(J형), 크로멜-알루멜(K형), 구리-콘스탄탄(T형)이 있으며, 백금 계열은 고온용으로 로듐과 짝을 이루는 경우가 많다.
문제 접근 예시 1: 센서의 정의를 묻는 문제에서는 '물리량을 전기신호로 변환'한다는 핵심을 확인하고, 기계적 전달 장치나 액추에이터 설명이 포함된 선택지는 오답으로 소거한다.
문제 접근 예시 2: 비접촉 위치 검출 장치를 묻는 문제에서는 '직접 접촉하지 않음'과 '자계에 의한 작동'이라는 키워드를 결합하여 리드 스위치를 정답으로 선택한다. 리밋 스위치나 바이메탈과 같은 접촉식 또는 온도 감지 소자는 배제한다.
문제 접근 예시 3: 노이즈 원인 판단 문제에서는 전도, 정전 유도, 자기 유도와 같은 전기적 간섭을 노이즈로 보고 온도변화는 노이즈가 아닌 측정 오차로 구분한다. 실드 선의 역할은 전계 차폐로 정전 유도 저감이라고 연결하여 기억한다.
다음 중 센서에 대한 설명으로 잘못된 것은?
정답 ③ · 문항은 센서의 정의와 역할에 대한 옳지 않은 설명을 찾는 문제다. 센서는 물리량을 전기신호로 변환하는 변환기이며 자동화 시스템의 입력부로 중요한 역할을 하고 사람의 오감과 유사한 감지 기능을 수행한다.
센서는 물리량을 전기 신호로 변환하는 전자소자이지, 기계적 전달 장치인 트랜스미터나 기계부품이 아니다.
리드스위치(read switch)의 특성이 아닌 것은?
정답 ③ · 문제는 리드스위치의 특성 중 옳지 않은 것을 고르는 것이다. 리드스위치는 자석에 의해 금속 접점이 붙었다 떨어지는 매우 단순한 구조로 동작하므로 소형·경량·저가격이고 스위칭 시간이 짧으며 반복정밀도가 높다.
리드스위치는 자석과 접점의 접근으로 작동하는 단순 구조이므로 회로가 간단하며, 소형 경량·고속·정밀 특성을 가진다.
물체에 직접 접촉하지 않고 그 위치를 검출하여 전기적 신호를 발생하는 장치는 ?
정답 ① · 물체의 접촉 여부에 따라 검출 방식이 나뉩니다. 리밋 스위치는 기계적인 물리적 접촉을 통해 신호를 발생시키는 접촉식 센서입니다.
비접촉식 검출은 리드 스위치이며, 접촉식인 리밋 스위치, 온도에 반응하는 바이메탈 등은 제외된다.
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