[Automation System] 02 센서의 성능 관련 용어, 동특성/정특성

 

1. 센서와 변환기

• 센서(Sensor): 온도, 압력, 빛 등 물리적, 화학적, 생물학적 정보를 감지하여 전기적 신호로 변환하는 장치입니다. 이는 인간의 오감과 유사한 역할을 수행하며, 다양한 분야에서 정보를 수집하는 데 사용됩니다
• 변환기(Transducer): 어떤 형태의 에너지나 신호를 다른 형태로 변환하는 장치를 의미합니다. 센서는 변환기의 한 종류로 볼 수 있으며, 측정 대상의 물리량을 전기적 신호로 변환하는 역할을 합니다. ​

2. 센서의 성능 관련 용어

1. 범위(Range): 센서가 측정할 수 있는 Min값부터 Max값까지의 범위를 의미합니다. 예를 들어, -50℃에서 300℃까지 측정 가능한 센서는 이 범위를 가집니다. *Span : 측정 가능한 Range의 절대적 크기, Span 350 ℃ ​
2. 오차(Error): 측정된 값과 실제 값의 차이를 나타냅니다. 예를 들어, 실제 온도가 25℃인데 측정값이 24℃라면, 오차는 -1℃입니다.​
3. 정확도(Accuracy): 센서가 실제 값을 얼마나 정확하게 측정하는지를 나타내며, 일반적으로 허용되는 오차 범위로 표현됩니다. 예를 들어, ±2℃의 정확도를 가진 센서는 23℃에서 27℃ 사이의 값을 25℃로 측정합니다.​
4. 감도(Sensitivity): 입력 변화에 대한 출력 변화의 비율을 나타내며, 센서가 입력 변화에 얼마나 민감하게 반응하는지를 보여줍니다.​
5. 이력 오차(Hysteresis Error): 입력이 증가하거나 감소하는 경로에 따라 출력이 달라지는 현상으로, 동일한 입력 값에서 다른 출력 값을 나타낼 수 있습니다.​
6. 비선형성 오차(Nonlinearity Error): 이상적인 선형 관계에서 벗어난 정도를 나타내며, 센서의 출력이 입력에 비례하지 않는 경우 발생합니다.​
7. 재현성(Repeatability): 동일한 조건에서 여러 번 측정했을 때, 센서가 동일한 출력을 내는 능력을 의미합니다.​
8. 안정성(Stability): 일정한 시간 동안 동일한 입력을 가했을 때, 출력이 변하지 않고 일정하게 유지되는 능력을 나타냅니다. 시간이 지남에 따라 출력이 변하는 현상을 드리프트(drift)라고 합니다.​
9. 데드 밴드(Dead Band): 입력이 변해도 출력이 전혀 반응하지 않는 범위 range
   • Ex. 자동차 핸들을 살짝 돌려도 차가 안움직임, 차량은 작은 조작에는 반응하지 않도록 설계됨
10. 데드 타임(Dead Time) :​ 입력이 변한 후 출력이 반응할 때까지 걸리는 시간 지연
    • 스위치를 키고 나서, 전구가 바로 안 켜지고 0.5초 있다가 켜지는 경우, 이 지연 시간이 Dead Time 0.5s.
11. 분해능(Resolution): 출력에서 감지할 수 있는 최소한의 입력 변화량을 나타내며, 센서가 얼마나 작은 변화를 감지할 수 있는지를 보여줍니다.​
12. 출력 임피던스(Output Impedance): 센서 내부 및 외부 회로에 존재하는 저항 성분을 의미하며, AC와 DC 저항을 모두 포함합니다. 이는 센서의 출력 신호 전달에 영향을 미칩니다.​

3. 센서의 특성

• 정특성(Static Characteristic): 출력이 정상 상태(steady state)에 도달했을 때의 센서 특성을 의미합니다.​
• 동특성(Dynamic Characteristic): 입력이 가해진 직후부터 출력이 정상 상태에 도달할 때까지의 센서 특성을 나타냅니다.​

4. 동특성 관련 용어

• 응답 시간(Response Time): 입력이 변화한 후 출력이 새로운 정상 상태의 일정 비율(일반적으로 90% 또는 95%)에 도달하는 데 걸리는 시간을 의미합니다.​
• 시정수(Time Constant): 출력이 정상 상태 값의 약 63.2%에 도달하는 데 걸리는 시간을 나타내며, 센서의 응답 속도를 평가하는 데 사용됩니다.​
• 상승 시간(Rise Time): 출력이 처음으로 정상 상태 값의 특정 범위 range (일반적으로 10%에서 90%)에 도달하는 데 걸리는 시간을 의미합니다.​
• 정착 시간(Settling Time): 출력이 정상 상태 값 내의 허용 오차 범위에 도달하고 그 범위 내에서 안정적으로 유지되는 데 걸리는 시간을 나타냅니다.