직류(DC)와 교류(AC) 전압측정하기

대부분의 측정 디바이스는 전압을 측정하거나 읽을 수 있습니다. 두 가지의 일반적인 전압 측정은 직류(DC)와 교류(AC)입니다.

DC 전압 측정하기

 

DC 전압은 온도, 압력, 변형율과 같이 시간에 따라 천천히 변하는 현상을 측정하는데 유용합니다. DC 신호로 시간의 주어진 포인트에서 신호의 진폭을 정확하게 측정하려고 합니다.

풍속 예제

 

다음 그림은 출력 범위가 0부터 10 V인 풍속계를 위한 일반적인 연결 다이어그램을 보여줍니다. 이는 풍속 0에서 200 mph에 해당합니다. 다음 방정식을 사용하여 데이터를 스케일합니다:

이 방정식을 사용하면, 3 V의 측정값이 풍속 60 mph(3 V × 20 mph/V = 60 mph)에 해당합니다.

다음 그림의 연결 다이어그램에서는 저항기 R을 사용하고 있습니다. 일반적으로 풍속계는 신호 소스에 접지되어 있지 않기 때문입니다. 풍속계 센서가 이미 접지되어 있는 경우, 저항기를 사용하면 접지 루프가 생기고 결과에 에러가 생깁니다.

평균값 연산

 

평균값을 구하면 노이즈가 많고 빠르게 변하는 신호를 측정할 때 정확도를 향상시킬 수 있습니다.

다음 그림은 시간이 지남에 따라 실제 풍속이 어떻게 변하는지 보여줍니다. 돌발적인 바람 때문에 속도값은 노이즈가 많이 생깁니다. 풍속값 29 mph는 최고 속도이므로 바람이 29 mph로 계속 분다는 의미는 아닙니다. 더욱 정확하게 표현하면 짧은 시간 동안의 평균 속도를 내는 것입니다.

평균값을 구하는 원인 중 하나는 50 또는 60 Hz 전원선 노이즈를 없애기 위함입니다. 전원선 주변의 진동 자기장이 쉴드되지 않은 센서 와이어에 노이즈 전압을 가할 수 있습니다. 전원선 노이즈는 사인꼴이거나 사인파와 비슷한 모양을 하고 있기 때문에 한 주기의 평균값은 제로가 됩니다. 노이즈의 정수 배수인 스캔 속도와 여러 주기의 정수 배수를 평균한 데이터를 사용하면 전원선 노이즈를 제거할 수 있습니다. 예를 들어 50과 60 Hz 모두에 효과를 미치려면 초당 300 샘플로 샘플링을 한 후 30 포인트로 평균합니다. 여기서 300은 50과 60의 정수 배수입니다. 50 Hz 노이즈의 한 주기는 300/50 = 6 포인트입니다. 60 Hz 노이즈의 한 주기는 300/60 = 5 포인트입니다. 30 포인트의 평균값을 구하면 두 주기 모두의 정수 배수가 되므로 전체 주기의 평균값임을 확인할 수 있습니다.

AC 전압 측정하기

 

AC 전압은 계속 증가하고, 감소하고, 극성을 바꾸는 웨이브폼입니다. 대부분의 전원선이 AC 전압을 전달하기 때문에 AC 전압은 가정, 연구실, 산업 디바이스에서 일반적으로 사용됩니다. AC 전압을 측정하여 신호의 최대, 최소, 피크에서 피크 값을 결정할 수 있습니다. 신호의 피크에서 피크 값은 최대에서 최소까지의 최대 전압 움직임입니다.

AC 전압과 RMS

 

AC 신호가 계속 변하기 때문에 전압, 전류, 전원은 상수값이 아닙니다. 그러나 Vrms (Root Mean Square)를 사용하여 전압, 전류, 전력을 측정할 수 있습니다. 이때 로드는 120 Volts AC (VAC) 소스에 연결된 경우나 120 Volts DC (VDC) 소스에 연결된 경우 발생시키는 전력의 양이 동일합니다. RMS에서, DC의 전원 수식은 AC에도 적용됩니다. 사인파 웨이브폼의 경우, Vrms = V피크/2의 제곱근입니다. 전압계가 Vrms를 읽기 때문에, 일반적인 미국 건물에서 벽 콘센트의 120VAC는 실제로 약 170 V 피크 값을 가지고 있습니다.

 

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