위치 센서 및 위치 감지에 대한 기본 지식을 얻으십시오. 이 백서는 엔지니어, 기술자 및 학생들을 대상으로합니다. 특히 학습 곡선을 신속하게 만들어야하는 사람들에게 좋습니다.

1. 서론

본 문서는 엔지니어, 기술자 및 학생을 대상으로 하고 있으며, 특히 빠른 속도로 학습하기를 원하는 학생들과 위치 감지 및 위치 센서에 대한 기본적인 이해가 필요한 학생을 대상으로 합니다. 본 문서는 간결하게 작성하기 위해 노력하였으며, 완벽한 논문이라기 보다는 개요를 제공하는 것을 목표로 하고 있습니다.

2.용어

엔지니어는 전문 용어를 좋아한다는 점에서 일반인과 쉽게 구분이 됩니다. 그러나, 전문 용어를 사용하는 경우 한 엔지니어링 분야의 유능한 기술자는 다른 분야의 엔지니어와 협업할 때 어려움을 겪을 수도 있습니다. 위치 감지도 이와 다르지 않습니다. 이와 같은 이유로 전문 용어를 먼저 명확하게 설명하고 시작하겠습니다.

먼저, 여러분은 엔코더, 트랜스미터, 검출기, 변환기 심지어 전송기라는 ‘센서’에 관련된 다양한 용어를 접하게 될 것입니다. 이 용어에는 몇 가지 차이점이 있지만, 사용되는 대부분의 의도와 목적을 보면 동일한 것을 지칭하는 용어라고 생각해도 좋습니다. 따라서, 일반적인 용어인 센서를 사용하겠습니다.

그러나, 혼란스럽게도 일부 센서(특히, 근접 센서)는 물체의 존재 유무를 판단하기 때문에 근접 스위치라고 합니다. 이것이 의미하는 바는 연속적으로 위치를 측정하기 보다는 단순히 숫자 또는 온/오프 출력을 발생한다는 것입니다. 이 문서에서는 스위치가 아닌 실제적 의미의 센서를 중심으로 다룰 것입니다. 즉, 측정 경로를 따라서 위치에 비례하는 신호(일반적으로 전기)를 생성하는 센서입니다.

또한, (선형 및 회전형) 위치를 의미하는 변위, 각도, 각위치, 회전형, 회전, 선형 등의 수많은 용어가 있습니다. 조금 전과 같이, 본 문서의 취지에 맞게 선형 및 각도 형상을 지칭하기 위해서 일반적인 용어인 ‘위치’를 사용하도록 하겠습니다.

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그림 1 – 원형 및 선형 위치 센서

전부 다는 아니지만 대다수의 경우, 위치 센서는 속도 또는 스피드 센서로 생각해도 됩니다. 속도 또는 스피드는 위치가 바뀌는 비율로 정의할 수 있으므로, 위치가 자주 갱신되는 위치 센서는 속도 센서입니다. 다른 용어로는 스피드 센서라고도 합니다. 속도는 일반적인 최신 제어 시스템이라면 센서의 출력을 해당 시간에 대해 미분하여 손쉽게 계산할 수 있습니다. 다른 표현으로는 시간에 따라서 위치가 변화된 개수를 카운트하면 됩니다.

모든 위치 센서는 절대식 또는 증분식으로 구분할 수 있습니다. 증분식 센서의 출력은 위치가 바뀌는 경우에만 바뀝니다. 절대식 센서는 정지했거나 이동 중이거나 상관없이 실제의 위치에 비례하는 신호를 출력합니다. 센서가 절대식인지 증분식인지를 결정하는 좋은 테스트는 전원을 켰을 때 일어날 일을 관찰하는 것입니다. 어떠한 움직임도 없는데 실제의 위치 신호가 나타나면 절대식 센서입니다.

3.위치 측정의 기초

여러분은 과거에 계측 이론에 대한 강의를 듣지 못하셨을 수도 있을 것입니다. 정확도, 해상도, 반복성 및 기타 다른 용어를 다루는 강의였을 것입니다. 현장에서 실제로 근무 중인 많은 엔지니어가 이런 내용을 잊어버렸거나 실제로 전혀 이해하지 못하고 있을 수도 있지만, 여러분이 회사에서 업무를 수행하는 데에는 그다지 문제가 없었을 것입니다. 계측에 적용된 용어와 매우 난해한 기술 개념은 혼란스럽습니다. 그럼에도 불구하고, 사용할 응용 분야에 맞는 올바른 위치 센서를 선택하는 것이 중요합니다. 선택을 잘못했다면 위치 센서 사용법에 대해 비용을 지불했을 것입니다. 반대로 선택했다면 제품 또는 제어 시스템은 중요한 성능이 결여될 수 있습니다.

우선 정의를 몇 가지 추가합니다.

• 센서의 정확도는 출력값이 정확한지 판단합니다.
• 센서의 해상도는 측정할 수 있는 위치에서 가장 작은 증가분 또는 감소분의 척도입니다.
• 센서의 정밀도는 반복 가능성의 수준을 의미합니다.
• 센서의 선형성은 센서의 출력과 측정한 실제 위치 사이의 차이를 의미합니다.

정확도와 정밀도 사이의 차이점을 이해하기 위해 표적을 향해 날아가는 화살을 비유하여 설명하겠습니다. 정확도는 화살이 표적 중앙에 얼마나 가까운지 나타냅니다.

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그림 2 – 정확한 화살(왼쪽)과 정밀한 화살(오른쪽)

화살을 많이 쏘는 경우, 정밀도는 화살의 뭉치 크기와 같다고 볼 수 있습니다. 화살이 하나로 모여 있는 경우, 이 뭉치를 정밀하다고 합니다. 다른 표현으로는 반복 가능성이 높은 것입니다.

완벽한 선형 위치 센서 역시 완벽하게 정밀한 것입니다. 대부분의 응용 사례에서 선형성은 정확도와 동일하다고 간주해도 됩니다.

따라서, 어려운 점은 하나도 없습니다. 매번 아주 정확한 센서를 지정하기만 하면 됩니다. 정말 쉽지 않습니까? 불행히도 이러한 접근 방식에는 큰 문제가 있습니다. 첫째, 정확도가 높은 센서는 고가입니다. 둘째, 정확도가 높은 센서는 신중하게 설치할 필요할 수 있으며 진동, 차별화된 열팽창 또는 대개는 가격 때문에 실용적이지 않을 수 있습니다. 셋째, 정확도가 높은 센서 중 어떤 유형은 민감하기 때문에 열악한 환경에서는 오작동 또는 고장을 발생할 수 있습니다.

광학 전략은 더도 말고 덜도 말고 필요한 것을 명시하는 것입니다. 예를 들어, 산업용 유량계를 위한 위치 센서의 경우 선형성은 핵심적인 요구 사항이 아닙니다. 이는 유체의 유동 특성은 비선형일 가능성이 높기 때문입니다. 이보다는, 환경 조건 변화에 따른 반복성이 핵심적인 요구 사항일 수 있습니다. 해상도 및 반복성은 종종 많은 엔지니어링 실전 분야에서 선형성보다 중요하다는 점에 유의해야 합니다.

CNC 공작 기계를 예로 들면, 정확도와 정밀도는 핵심적인 요구 사항이 될 것입니다. 따라서, 오랜 기간 청결하지 않고 축축한 환경에 방치되어 유지관리가 없어도 보관된 변위 측정 장비가 높은 정확도(선형성), 해상도, 높은 반복성을 보여야 하는 것은 핵심적인 요구 사항입니다.

4. 위치 센서의 일반적인 유형

위치 센서는 최고 성능의 군용 방위 산업 분야로부터 저렴한 자동차 및 가전 제품에 이르기까지 다양한 산업 및 상용 분야에서 사용됩니다. 실제로, 위치 측정은 우리의 삶에서 온도 측정 다음으로 흔하게 측정해야 할 특성입니다.

Position Sensors aerospace그림 3 – 위치 센서는 군용 방위 분야에서 사용됩니다.

이제, 선택할 수 있는 위치 센서는 매우 다양하게 판매되고 있습니다. 그렇다면, 어떻게 올바른 센서를 선택할 수 있을까요? 이 섹션에서는 센서의 주요 유형과 각각의 장단점에 대해서 간략하게 설명합니다.

4.1 전위차계

비접촉 센서를 선호하는 경향이 있으나, 전위차계(Potentiometer, ‘Pot’)는 지금까지 가장 널리 사용되는 위치 센서입니다. 이 센서는 전기 접점이 저항을 지닌 궤도를 따라서 미끄러질 때 나타나는 전압 강하를 측정합니다. 즉, 위치는 전압 출력에 비례합니다. 전위차계는 회전형, 선형 또는 곡선형이 있으며 일반적으로 작고 가볍습니다. 간단한 장치라면 몇십 원 정도의 가격이며, 고정밀 제품이라면 20만원 이상의 비용이 들 수 있습니다. 선형성 0.01 % 미만이 필요한 경우에는 저항을 지닌 궤도를 레이저로 트리밍하면 가능합니다.

전위차계는 열악하지 않은 환경에서 엄격하지 않은 성능이 필요한 적당한 수준의 사용 강도에 맞는 분야에서 잘 작동합니다. 유감스럽게도, 전위차계는 마모에 취약합니다. 특히, 진동이 심한 환경이나 저항을 지닌 궤도에 마모를 일으키는 분진이나 모래와 같은 이물질이 있는 곳에서 그렇습니다. 품질이 더 좋은 장치는 사용 수명이 보다 길게 나타납니다. 하지만, 이때 진동의 영향을 무시하는 경우가 종종 있습니다.

전위차계는 종종 ‘무한 해상도(Infinite resolution)’라고도 합니다. 이것은, 이론적으로는 사실이지만, 많은 제어 시스템에는 디지털 데이터가 필요하므로 실제의 해상도는 아날로그-디지털 변환기의 해상도가 맞습니다(이 항목을 원가 계산에 포함시켜야 합니다).

항공 우주, 의료 및 석유 화학 산업의 안전 관련 분야에서는 기이하게도 전위차계를 ‘단순 장치’로 분류하고 있습니다. 이것이 의미하는 바는, 수많은 고장 모드의 영향을 받기는 하지만 인증 기관에서 수행하는 전자 센서와 동일한 수준에서 엄격한 설계 및 선택적 검사를 적용하지 않는다는 것입니다. 이것은 어리석은 일이지만 실제 상황입니다. 일부 응용 분야에서는 신뢰할 수 없는 전위차계를 교체하기 어렵습니다.

장점: 저렴한 가격, 간단함, 소형 및 경량, 정확하게 제작 가능함.단점: 마모, 진동, 이물질, 극한 온도에 취약하다.

Typical single turn potentiometer

그림 4 – 일반적인 단일 회전 전위차계

4.2 광학 장치

광학 센서는 일반적으로 엔코더라고 호칭하며 위치 센서의 일반적인 형태 중 하나로서, 간단한 장치인 경우에는 수천 원부터 정밀한 장치라면 천만 원 이상의 가격까지 있습니다. 이들 장치의 기본 원리는 동일합니다. 격자를 관통하거나 격자 위에 광선을 조사합니다. 최종적으로 광선 검출기를 사용하여 광선을 측정하면 위치 신호가 생성됩니다.

optical position sensors

그림 5 – 광학 디스크를 사용하여 각도를 측정하는 광학 센서

패키지 형태로 된 로터리 엔코더가 널리 사용되며, 대략 회전당 50-5,000카운트가 널리 사용되고 있으며, 열악하지 않은 적용 분야에서 잘 작동하는 것으로 입증되었습니다. 그러나, 내구성이 더욱 요구되는 환경이라면 렌즈 또는 격자 시스템이 먼지, 부스러기 또는 물과 같은 이물질에 의해서 방해를 받게 되어 측정에 실패합니다.

광학 센서를 선택할 때, 센서가 회전당 1,000회의 카운트라고 사양이 나와도, 1/1,000의 정확도를 의미하는 것은 아닙니다. 센서의 데이터 시트는 보다 신중하게 읽어야 합니다. 특히, 센서를 엄청나게 정확하게 장착해야 하며, 어떠한 오염물도 없어야 하는 엔코더 키트 또는 링 인코더인 경우에 그렇습니다.

만일, 엔코더에 유리 디스크가 내장되어 있다면, 그 장치는 충격에 취약하게 됩니다.

장점: 높은 해상도, 정밀하게 장착하는 경우 높은 정확도, 폭 넓은 가용성.
단점: 이물질, 사전 경고 없이 치명적인 수준의 고장 발생, 충격과 극단적인 온도에 취약.

4.3 자기력

자기 센서는 모두 비슷한 측정 원리를 사용합니다. 자석이 자기 검출기에 대해서 상대 운동을 하게 되면, 이에 비례하여 자기장도 상대적으로 변하게 됩니다. 일반적인 형태는 칩 모양으로 판매되는 홀 효과(Hall effect) 장치입니다. 이 제품은 중간 정도의 성능이 필요한 자동차 및 전기 모터 분야에서 사용합니다.

Hall-Effect-Position-Sensor

그림 6 – 홀 효과 센서는 가장 많이 사용되는 자기 센서 형식입니다

자기 센서는 이물질에 대해서 내성이 좋기 때문에 광학 장치에서 나타나는 수많은 단점을 극복합니다. 그럼에도 불구하고, 이 센서는 자기 이력 현상이 있으며 가동부와 고정부 사이에 정밀한 기계적 엔지니어링이 필요하기 때문에 높은 정확도가 필요한 분야에서는 거의 사용되지 않습니다. 모든 자기 센서의 데이터 시트는 장착 공차, 온도 계수 및 작동 온도에 대해서 신중하게 판독을 해야 합니다.

다른 추가적인 고려 사항으로는 자성 재료 또는 전기 케이블의 근접 특성입니다. 자석은 외부 입자에서 일부의 성분을 끌어 당길 수 있으며, 이는 시간이 지나면서 찌꺼기 또는 미립자로 누적되어 고장을 유발하게 됩니다. 현대의 NdFeB 자석은 매우 취약하여 열악한 조건에서는 잘 부서지기 때문에, 강한 충격이나 충돌이 예상되는 분야에서는 일반적으로 자기 센서를 거의 사용하지 않습니다.

장점: 내구성이 좋습니다. 대부분의 액체에는 사용하지 못합니다.
단점: 온도, 이력 현상, 정밀 기계 공학, 인근의 강철/DC 전원 및 열악한 충돌 및 충격 성능.

4.4 자기 왜곡형

이 센서는 몇 가지 재료에서 나타나는 ‘자기 왜곡(Magnetostriction)’이라는 비정상적인 현상을 이용합니다. 자석이 물질에 가깝게 가면, 물질을 따라서 에너지가 전달되고 반사됩니다. 펄스 에너지가 자기 왜곡형 소재의 조각(일반적으로 얇은 와이어나 띠 모양)을 따라서 이동한 후 다시 돌아 오는 데 소모되는 시간을 이용하여 위치를 측정할 수 있습니다.

거의 모든 자기 왜곡 센서는 직선형입니다. 이것은 민감한 자기 왜곡 조각을 알루미늄 압출 가공한 하우징 안에 조심스럽게 고정해야 하기 때문입니다. 하우징이 있다는 것은, 자기 왜곡 장치에는 마모 또는 수명 문제가 전혀 없으며, 유압 램과 같은 고압 분야에 사용할 수 있다는 의미입니다.

각 센서를 제조업체가 보정해야 하며, 정밀한 하우징도 필요하므로, 결국 자기 왜곡 센서는 비교적 고가의 제품입니다. 이 기술은 에너지 전달 시간에 영향을 미치는 다른 요인이 있는 경우, 특히 온도에 민감합니다. 자기 왜곡 데이터 시트는 종종 일정한 온도에서만 정확도를 기술하므로, 설계 엔지니어는 제공된 온도 계수를 사용하여 자체 계산을 수행해야 합니다.

소형 자기 왜곡 센서는 섬세하며, 길이 부분의 양단에 대한 장착이 중요합니다. 최종 판단은, 가혹한 충격이나 진동이 있는 환경에서 자기 왜곡 센서를 선택하면 안 된다는 것입니다.

장점: 내구성, 고압에 적합, 길이에 따라서 % 정확도 개선
단점: 매우 고가, 충격, 온도 영향, 단거리는 부정확(100mm 미만).

magnetostrictive position sensor

그림 7 – 자기 왜곡 센서는 거의 항상 직선 형태입니다

4.5 용량성

커패시터는 전하를 누적하는 전기 소자입니다. 일반적으로, 절연체를 사용하여 분리한 2개의 전도성 도판 구조입니다. 커패시터가 저장할 수 있는 전하의 양은 도판의 크기, 중첩되는 비율, 절연재와 도판 사이에 있는 재료의 투자율에 따라서 달라집니다. 가장 간단한 형태의 용량성 위치 센서는 도판의 분리 상태를 측정합니다. 일반적으로 하중, 변형 및 압력 측정에의 경우에는 1mm 미만의 변위 범위에 대해 사용합니다.

다른 형태로는, 일련의 도판이 측정 축을 따라서 절단되거나 식각 가공된 회전식 또는 선형 위치 감지 방식으로도 사용됩니다. 다른 도판이 이 항목을 가로 질러서 이동함에 따라, 축을 따라가는 회로의 전하 수준이 변화하여 두 부분의 상대적인 위치가 표시됩니다. 용량성 위치 센서는 흔하지 않으며, 안전 관련 분야에서는 거의 사용되지 않습니다. 불행하게도, 도판의 중첩 등을 비롯하여 온도, 습도, 주변 재료 및 이물질에 따라서 축전 수준이 달라지기 때문에 안정적이며 정확도가 높은 위치 센서에서는 사용하지 않습니다.

저는 거의 30년 동안 센서, 자동화 및 전자 제품 분야의 작업을 해 왔습니다. 지금까지도, 용량성 위치 센서를 선택하여 만족해하는 설계 엔지니어를 만나고 있습니다. 용량형 센서는 숙련된 기술자로부터 평판이 좋지 않으며, 안전 관련 분야에서는 선택되지 않을 것입니다. 일부 제조사는 ‘용량성’이라는 용어를 사용하지 않고, 이를 대신하여 전하 저장, 전하 커플링 또는 전기 효과와 같은 대체 용어를 사용하여 문제를 어렵게 만듭니다. 이는 좋은 선택이 아닙니다. 높은 수준의 안정성과 실험적인 적용을 통해서 매우 정확하게 측정을 해야 하는 경우가 아니라면, 나타나는 많은 문제에 대한 해답은 사용하지 않는 것입니다.

장점: 소형, 전력 소비 낮음.
단점: 심각한 온도 및 습도 의존성, 이물질에 민감, 장착 조건이 까다롭다.

4.6 전통적인 유도형

전통적인 유도형 위치 센서는 유도 또는 변압기 원리로 작동하며, 100년 이상 사용되었습니다. 이 방식은 극한의 조건에서 안전하며 신뢰할 수 있는 작동 덕분에 탁월한 명성을 얻게 되어, 많은 안전 관련 분야에서 거의 자동으로 선택됩니다.

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그림 8 – 전통적인 유도 센서는 안전성과 확실한 작동 덕분에 평판이 좋습니다.

선형 유도 위치 센서는 일반적으로 가변 저항 또는 선형 가변 차동 변압기(LVDT)라고 합니다. 회전형인 경우는 싱크로, 리졸버 또는 RVDT라고도 합니다. LVDT는 최소 3개의 와이어 스풀(1차 및 2차)이 있는 변압기 구조를 사용합니다. 막대가 움직이면, 주 스풀과 보조 스풀 사이의 전자기 커플링이 변하게 됩니다. 유도된 신호의 비율에서 스풀을 기준으로 한 막대의 상대 위치를 파악할 수 있습니다. 이와 같은 비례 계산 기술이 LVDT의 높은 안정성과 측정 성능의 핵심입니다.

광학 및 자기 센서는 감지 지점 가까이에 전자 회로가 있어야 하지만 유도형 센서는 감지 영역에서 먼 곳으로 전자 장치를 옮겨 놓을 수 있으므로, 전자 장치는 보다 여유가 있는 위치에 둔 상태에서 센서만 열악한 환경에 배치할 수 있습니다.

그러나, 권선형 변압기 구조 특성 상 크기가 크고, 부피도 있으며 가격이 높아지는 경향이 있습니다.

장점: 높은 정확도, 신뢰도, 내구성, 극한 환경, 폭 넓은 사용성.
단점: 고가, 대형, 중량물.

4.7 신세대 유도형 또는 엔코더

종종, 엔코더라고 호칭되는 신세대 유도형 센서는 전통적인 유도형 센서와 동일한 원리를 사용합니다. 따라서, 거친 환경에서도 양호한 비접촉 측정 성능을 보여줍니다. 그러나, 부피가 큰 와이어 스풀을 사용하는 대신, 이 센서는 신축성이 있는 기판이나 단단한 기판 위에 인쇄된 회로를 사용합니다.

인쇄된 권선으로 전환하게 되면서, 또 다른 특별한 장점이 있습니다.

– 생산 원가, 크기 및 무게가 대폭적인 감소되었습니다.
– 폼 팩터의 유연성이 향상되었습니다
– 권선 공정에서 발생되는 부정확도를 제거했습니다
– 곡선, 2D 및 3D 위치 감지와 같은 복잡한 측정 형상도 감지합니다
– 다층 회로판을 사용하면 여러 개의 센서를 동일한 공간에 배치할 수 있습니다(예: 안전 분야에서 중복형 센서).

IncOder position sensors

그림 10 – 신세대 엔코더의 사례

EMC 성능은 일반적으로 리졸버 또는 LVDT 성능과 비슷하게 양호합니다. 이는 우주 항공 및 군용 분야에서 신세대 유도 장치 선택이 증가하는 것으로 확인 됩니다.

장점: 높은 정확도, 신뢰도, 내구성, 복잡한 구성 가능, 소형, 경량.
단점: 전위차계 대비 고가

5. 일반적인 주의 사항

다음은 위치 센서와 관련하여 가장 자주 관찰되는 엔지니어링 실수의 목록입니다.

센서 고장 시 발생 비용을 계산하지 않는다. 모든 엔지니어는 저렴한 솔루션을 선택하려고 합니다. 그렇다고 해서, 가장 값이 저렴한 센서를 선택한다는 의미는 아닙니다. 일반적으로, 현장에서 센서가 고장 나면 더 많은 문제가 발생되며, 이때 비용은 위치 센서 자체의 비용보다 몇 배 더 비쌉니다. 즉, 현장에서 절대로 고장 나지 않는 센서를 선택하는 것이 일반적으로 최선의 선택이며 전반적으로 저렴한 솔루션입니다. 또한, 고려해야 할 고장의 특징도 있습니다. 고장 발생 후 작동을 중단하는 센서는 일반적으로 문제가 크게 되지 않으며 비용도 저렴합니다. 이보다, 고장 후 그럴 듯하지만 올바르지 않은 신호를 발생시키는 경우가 문제입니다. 비용과 및 안전성의 측면에서 센서 판독이 잘못되어 발생하는 결과는 단순히 작동을 멈추거나 오류 경고를 발생시키는 센서보다 큰 문제가 됩니다.

반복 가능성, 해상도 및 정확도 사이의 차이를 이해하지 못합니다. 제3절을 다시 살펴보고 이러한 기본 사항을 이해했는지 확인하십시오. 해상도와 정확도를 혼동하는 실수는 없어야 합니다(종종, 위치 센서 업계에서 유발). 광학 엔코더가 회전당 100만 카운트를 산출한다고 해서, 백만 분의 1회전까지 정확하다는 의미는 아닙니다. 반대로 표현하자면, 종종 많은 엔지니어링 분야의 핵심 요구 사항은 반복 가능성이며, 높은 정확도(따라서, 고가)의 센서를 지정할 필요는 없습니다.

센서 형식이 환경에 부적합.우리는 광학, 자기, 용량성, 저항 및 유도 기술을 통해서 위치를 측정하기 위해 대부분 기본적인 물리적 현상을 활용하는 방법을 고안했습니다. 각 기술에는 독특한 장점과 약점이 있습니다. 일반적인 선택이란 것은 없습니다.

– 오염이 있거나, 습도가 높은 환경에는 저항성(전위차), 광학 또는 용량성 센서를 사용합니다. 실외 장비에 나타나는 응축과 표면의 얼음은 고장 발생의 일반적인 원인입니다.
– 극한의 작동 온도 조건을 지닌 분야는 광학, 자기 또는 용량성 센서를 사용합니다(대부분, 125℃ 이상에서 작동하지 않음)
– 자기 센서는 높은 측정 성능이 필요한 경우에 사용합니다. 단, 자기장을 제거할 수 있어야 하며, 높은 정밀도의 기계적인 센서 장착을 해야 합니다.
– 가혹하거나 장시간 진동이 발생하는 분야라면 전위차계를 피해야 합니다. 미끄럼식 전기 접점은 마모되며, 심각한 진동에 의한 미세한 이동이 고장이 유발합니다.

직접 측정이 아닌 추정 측정.위치 센서의 양호한 설계 규칙은 목적하는 대상의 위치를 측정하는 것입니다. 즉, 위치를 직접 측정하는 것입니다. 전달 계통의 종단에 위치한 기어와 구동 모터 등과 같은 다른 구성품의 위치 측정을 통하여 대상 구성품의 위치를 추정하거나 계산하려고 시도하면 안 됩니다. 백래시, 유격, 부품 간 변형, 기계적인 고장, 차별적인 열 팽창/수축 등의 가능성이 있기 때문입니다. 이런 경우, 측정 성능과 신뢰성은 불가피하게 떨어지게 됩니다.

케이블과 커넥터 고려 안 하기.케이블과 커넥터는 센서 고장의 근본 원인입니다. 모든 설계에 있어서 고려되었는지 확인해야 합니다. 특히, 모든 작업에서 케이블에 장력이 걸려서 이동, 충격 또는 진동이 발생되면 안 됩니다.

센서 데이터 시트의 상세 사양을 파악하지 않음. 위치 센서 업계는 경쟁이 치열한 곳입니다. 이에 따라서, 유감스럽게도, 어떤 제조업체는 사양 데이터를 상업적으로 기록합니다. 종종 이를 제시하지 않기도 합니다. 수많은 엔지니어가 이와 같은 세부 사항은 읽지 않는 점을 업계에서도 알기 때문입니다. 이에 따라, 예를 들어, 한 센서는 해상도가 회전당 10,000카운트라고 공개됩니다. 그러나, 정확도에 대한 사양은 없습니다. 다른 사례는, 한 센서는 놀랄 정도로 높은 해상도를 지니고 있으나, 반복 가능성이 매우 낮습니다. 즉, 높은 해상도에도 불구하고 센서 출력에 잡음이 많다는 것입니다. 중요한 팁은 데이터 시트에서 큰 글자로 된 수치만 보지 않고, 작은 글씨도 읽어야 한다는 것입니다.

6. 위치 센서 지정 방법

가장 먼저 해야 할 그리고 가장 중요한 단계는 해당 프로젝트에 필요한 사양을 정확하게 파악하여, 특히, 센서 해상도, 반복 가능성 및 선형성을 고려하여 위치 센서를 선택하는 것입니다. 요구 사항을 지나치게 높게 잡으면 비용이 상승됩니다. 중요한 팁은 최소한 전체 비용을 고려하여 목적에 맞는 센서를 찾는 것입니다. 이때, 분석 단계에서 현장 고장 비용까지 고려한다는 점을 기억해야 합니다.

사양의 중요 항목에 대한 검토 완료를 확인하기 위해 다음을 점검 목록으로 사용할 수 있습니다. 관련 기계 도면과 함께 위치 센서 공급업체에 본 양식을 제시하면 회의를 위한 확실한 자료가 될 것입니다.

A. 형태 – 예를 들어, 선형 또는 회전식 또는 곡선-직선형 또는 2D 또는 3D
B. 공간 범위- 기계적인 고정 위치, 케이블 배선 및 공간 범위
C. 측정 유형- 증분식 또는 절대식
D. 풀스케일 – 예: 360도 또는 600mm
E. 분해능 – 즉, 측정해야 하는 최소 변화량 – 예: 0.1도 또는 0.2mm
F. 반복성 – 즉, 동일 지점으로 돌아가는 관점에서 본 측정 안정성 – 예: 반복성 = +/-0.025mm
G. 선형성 – 완벽하게 정확한 판독값의 최대 허용 편차. 다수의 응용 분야에 가장 중요한 것이 실제로는 반복성이라는 점을 종종 알게 되므로 이것을 신중하게 고려해야 할 수도 있습니다.
H. 작동 및 보관 온도 범위 – 통상적으로 대부분 -40에서 +85℃
I. 전기 공급 – 예를 들어, 5V, 12V 또는 24V
J. 전기 출력 – 예를 들어 직렬 데이터, A/B 펄스, 0-10V, 4-20mA
K. 특이한 내용 – 예 – “전력 소모량을 최대한 낮게 유지하고 싶다”거나 “뜨거운 황산에 담가야 한다”거나 “용량성 장치를 사용하고 있는 데 신뢰성에 문제가 있다”

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