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분압기는 오디오 장비의 볼륨 조절과 같은 전기 장치를 제어하는 데 일반적으로 사용된다. 또한 팬의 속도 제어에도 사용된다. 메커니즘에 의해 작동되는 분압기는 예를 들어 조이스틱과 같은 위치 트랜스듀서로 사용될 수 있다. 분압기는 분압기에서 소모되는 전력이 제어되는 부하의 전력과 비슷하므로 상당한 전력(와트 이상)을 직접 제어하는 데 거의 사용되지 않는다.
특정 유형의 분압기를 설명하는 데 사용되는 전자 산업의 일부 용어는 다음과 같다.
분압기는 저항 요소, 요소 위를 움직이며 한 부분과 잘 전기적으로 접촉하는 슬라이딩 접점(와이퍼), 요소의 각 끝에 있는 전기 단자, 와이퍼를 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 움직이는 메커니즘, 그리고 요소와 와이퍼를 포함하는 하우징으로 구성된다.
많은 저가형 분압기는 일반적으로 한 바퀴보다 약간 작은 원형 아치 형태로 형성된 저항 요소(분해도에서 B)와 회전 시 이 요소 위를 미끄러지면서 전기적 접촉을 하는 와이퍼(C)로 구성된다. 저항 요소는 평평하거나 경사질 수 있다. 저항 요소의 각 끝은 케이스의 단자(E, G)에 연결된다. 와이퍼는 세 번째 단자(F)에 연결되며, 일반적으로 다른 두 단자 사이에 있다. 패널 분압기에서는 와이퍼가 일반적으로 세 단자 중 가운데 단자이다. 단회전 분압기의 경우 이 와이퍼는 접점 주위를 한 바퀴 미만으로 움직인다. 오염 물질이 침투할 수 있는 유일한 지점은 샤프트와 샤프트가 회전하는 하우징 사이의 좁은 공간이다.
또 다른 유형은 회전하는 대신 선형 요소를 따라 미끄러지는 와이퍼를 가진 선형 슬라이더 분압기이다. 오염 물질은 슬라이더가 움직이는 슬롯을 따라 어디든 들어갈 수 있어 효과적인 밀봉을 더 어렵게 만들고 장기적인 신뢰성을 저해할 수 있다. 슬라이더 분압기의 장점은 슬라이더 위치가 설정값을 시각적으로 나타낸다는 것이다. 회전 분압기의 설정은 노브의 표시 위치로 알 수 있지만, 슬라이더 배열은 그래픽 이퀄라이저나 오디오 믹서의 페이더처럼 설정값을 시각적으로 보여줄 수 있다.
저가형 분압기의 저항 요소는 종종 흑연으로 만들어진다. 사용되는 다른 재료로는 저항선, 플라스틱에 혼합된 탄소 입자, 서멧이라는 세라믹/금속 혼합물이 있다.
도전성 트랙 분압기는 도전성 중합체 저항 페이스트를 사용하는데, 이 페이스트는 도전성 특성을 제공하는 탄소 외에도 내마모성 수지와 중합체, 용매, 윤활제를 포함한다.
다회전 분압기는 샤프트를 회전시켜 작동하지만, 한 바퀴 미만이 아닌 여러 바퀴를 회전시킨다. 일부 다회전 분압기는 리드 나사로 움직이는 슬라이딩 접점을 가진 선형 저항 요소를 가지고 있으며, 다른 분압기는 나선형 저항 요소와 10, 20회 이상 완전히 회전하며 나선을 따라 움직이는 와이퍼를 가지고 있다. 다회전 분압기는 사용자 접근형 및 프리셋형 모두 더 미세한 조정이 가능하다. 동일한 각도로 회전하더라도 단순 회전 분압기보다 설정값이 일반적으로 10분의 1만큼만 변경된다.
스트링 분압기는 스프링에 대해 회전하는 부착된 와이어 릴로 작동되는 다회전 분압기로, 선형 위치를 가변 저항으로 변환할 수 있다.
사용자 접근형 회전 분압기에는 일반적으로 반시계 방향으로 최대한 회전했을 때 작동하는 스위치가 장착될 수 있다. 디지털 전자 장치가 일반화되기 전에는 이러한 부품이 라디오 및 텔레비전 수신기 및 기타 장비를 최소 볼륨으로 켜고 소리가 나는 클릭과 함께 볼륨을 증가시키는 데 사용되었다. 여러 저항 요소는 동일한 샤프트에 슬라이딩 접점을 사용하여 함께 묶일 수 있으며, 예를 들어 스테레오 오디오 앰프의 볼륨 조절에 사용된다. 가정용 조광기와 같은 다른 응용 분야에서는 분압기가 현재 위치에 고정되어 있는 것이 가장 만족스러운 사용 패턴이므로, 스위치는 노브를 축 방향으로 눌러서 켜고 끄는 푸시 동작으로 작동된다.
슬라이더가 회전하는 대신 선형 요소를 따라 미끄러지는 와이퍼를 갖는 선형 슬라이더 분압기도 있다. 오염은 슬라이더가 움직이는 슬롯을 따라 어디든 들어갈 수 있어 효과적인 밀봉을 더 어렵게 만들고 장기적인 신뢰성을 저하시킬 수 있다. 슬라이더 분압기의 장점은 슬라이더 위치가 설정값을 시각적으로 보여준다는 것이다. 회전식 분압기의 설정값은 손잡이의 표시 위치로 알 수 있지만, 슬라이더 배열은 그래픽 이퀄라이저나 오디오 믹서의 페이더처럼 설정값을 시각적으로 보여줄 수 있다.
저렴한 분압기의 저항 요소는 종종 흑연으로 만들어진다. 사용되는 다른 재료로는 저항선, 플라스틱 내의 탄소 입자, 그리고 서멧이라고 불리는 세라믹/금속 혼합물이 있다.
전도성 트랙 분압기는 전도성 특성을 제공하는 탄소 외에도 내마모성 수지와 폴리머, 용매, 윤활제를 포함하는 전도성 폴리머 저항 페이스트를 사용한다.
다회전 분압기 또한 샤프트를 회전시켜 작동하지만, 한 바퀴 미만이 아니라 여러 바퀴를 회전시킨다. 일부 다회전 분압기는 리드 스크루로 움직이는 슬라이딩 접점이 있는 선형 저항 요소를 가지고 있으며, 다른 것들은 나선형 저항 요소와 10, 20 또는 그 이상의 완전 회전을 통해 나선을 따라 움직이는 와이퍼를 가지고 있다. 사용자가 접근할 수 있는 다회전 분압기와 미리 설정된 다회전 분압기는 더 미세한 조정을 가능하게 한다. 동일한 각도 회전은 단순한 회전식 분압기의 경우보다 보통 10분의 1만큼만 설정값을 변경한다.
스트링 분압기는 스프링에 대해 회전하는 부착된 와이어 릴에 의해 작동하는 다회전 분압기로, 선형 위치를 가변 저항으로 변환할 수 있게 한다.
사용자가 접근할 수 있는 회전식 분압기는 보통 반시계 방향 회전의 극단에서 작동하는 스위치를 장착할 수 있다. 디지털 전자 장치가 일반화되기 전에는 이러한 부품이 라디오 및 텔레비전 수신기 및 기타 장비를 최소 볼륨으로 켜고 소리를 들리게 한 다음 동일한 손잡이를 돌려 볼륨을 높이는 데 사용되었다. 예를 들어 스테레오 오디오 앰프의 볼륨 조절을 위해 여러 저항 요소를 동일한 샤프트에 슬라이딩 접점과 함께 연결할 수 있다. 가정용 조광기와 같은 다른 응용 분야에서는 현재 위치에 분압기가 설정된 상태로 유지되는 것이 가장 좋으므로, 스위치는 손잡이를 축 방향으로 눌러 번갈아 가며 켜고 끄는 푸시 동작으로 작동된다.
다른 분압기는 장비 내부에 밀봉되어 있으며 제조 또는 수리 중에 장비를 보정할 때만 조정하고 그 외에는 만지지 않도록 의도되었다. 이러한 분압기는 일반적으로 사용자가 접근할 수 있는 분압기보다 물리적으로 훨씬 작으며, 손잡이 대신 드라이버로 조작해야 할 수 있다. 이들은 일반적으로 "트리머", "트림", "프리셋 분압기"(또는 팟), 또는 일반화된 브랜드 이름인 "트림팟"이라고 불린다.
저항-위치 관계: "테이퍼".
슬라이더 위치와 저항 사이의 관계를 "테이퍼" 또는 "법칙"이라고 하는데, 이는 저항 요소의 저항 코팅 조성 또는 두께를 변경하여 제조 과정에서 제어할 수 있다. 원칙적으로 모든 테이퍼가 가능하지만, 선형과 로그 (수학)(일명 "오디오 테이퍼") 분압기 두 가지 유형이 널리 제조된다.
테이퍼 유형을 식별하기 위해 문자 코드가 사용될 수 있지만, 문자 코드 정의는 표준화되어 있지 않다. 아시아 및 미국에서 제조된 분압기는 일반적으로 로그 테이퍼에 "A", 선형 테이퍼에 "B", 드물게 볼 수 있는 역로그 테이퍼에 "C"로 표시된다. 다른 지역, 특히 유럽의 분압기는 선형 테이퍼에 "A", 로그 테이퍼에 "C" 또는 "B", 역로그 테이퍼에 "F"로 표시될 수 있다. 사용되는 코드도 제조업체마다 다르다. 비선형 테이퍼와 함께 백분율이 언급될 때, 이는 샤프트 회전 중간 지점에서의 저항 값과 관련이 있다. 따라서 10% 로그 테이퍼는 회전 중간 지점에서 총 저항의 10%를 측정한다. 즉, 10kOhm 분압기의 10% 로그 테이퍼는 중간 지점에서 1kOhm을 산출한다. 백분율이 높을수록 로그 곡선이 가파르다.
선형 테이퍼 분압기.
선형 테이퍼 분압기(선형은 저항 요소의 기하학적 구조가 아닌 장치의 전기적 특성을 설명한다)는 일정한 단면적을 가진 저항 요소를 가지므로, 접점(와이퍼)과 한쪽 끝 단자 사이의 저항이 그들 사이의 거리에 비례하는 장치가 된다. 선형 테이퍼 분압기는 분압기의 분할 비율이 샤프트 회전 각도(또는 슬라이더 위치)에 비례해야 할 때 사용된다. 예를 들어, 아날로그 오실로스코프에서 디스플레이의 중심을 조정하는 데 사용되는 제어 장치가 이에 해당한다. 정밀 분압기는 저항과 슬라이더 위치 사이에 정확한 관계를 갖는다.
로그 분압기.
로그 테이퍼 분압기는 저항 요소에 바이어스가 내장된 분압기로, 분압기의 중앙 위치가 분압기 전체 값의 절반이 아님을 의미한다. 저항 요소는 로그 테이퍼, 즉 수학적 지수 또는 "제곱" 프로파일을 따르도록 설계되었다. 로그 테이퍼 분압기는 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 "점점 가늘어지는" 저항 요소를 사용하거나, 저항률이 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 변하는 재료로 만들어진다. 그 결과 출력 전압이 슬라이더 위치의 로그 함수인 장치가 된다.
대부분의 (저렴한) "로그" 분압기는 정확히 로그 함수를 따르지 않지만, 로그 법칙을 근사화하기 위해 두 가지 다른 저항(그러나 일정한 저항률) 영역을 사용한다. 두 저항 트랙은 분압기 회전의 약 50% 지점에서 겹친다. 이것은 단계적인 로그 테이퍼를 제공한다. 로그 분압기는 선형 분압기와 외부 저항으로도 시뮬레이션할 수 있다. 진정한 로그 분압기는 훨씬 더 비싸다.
로그 테이퍼 분압기는 오디오 시스템의 볼륨 또는 신호 레벨에 자주 사용된다. 이는 베버-페히너의 법칙에 따라 인간의 오디오 볼륨 인식이 로그 함수이기 때문이다.
비접촉식 분압기.
기계식 분압기와 달리 비접촉식 분압기는 광학 디스크를 사용하여 적외선 센서를 트리거하거나 자석을 사용하여 자기 센서를 트리거한다(다른 유형의 센서, 예를 들어 용량성 센서가 있는 한 다른 유형의 비접촉식 분압기도 아마 제작될 수 있다). 그리고 나서 전자 회로가 신호 처리를 수행하여 아날로그 또는 디지털 출력을 제공한다.
비접촉식 분압기의 예는 AS5600 집적 회로에서 찾을 수 있다. 그러나 절대 인코더도 유사한 원리를 사용해야 하지만, 산업용이므로 가정용 기기에는 비용이 실현 불가능할 것이다.
가변 저항기.
회로의 저항을 연속적으로 변경하는 가장 일반적인 방법은 가변 저항기를 사용하는 것이다. 저항의 변화 때문에 회로의 전류 크기를 조절하는 데에도 사용할 수 있다. 가변 저항기(rheostat)라는 단어는 1843년 찰스 휘트스톤 경이 만들었으며, 그리스어 rheos(흐름)와 - -states( histanai, "설정하다, 서게 하다"에서 유래) (설정자, 조절 장치)에서 유래한 두 단자 가변 저항기이다. 낮은 전력 애플리케이션(약 1와트 미만)의 경우, 세 단자 분압기가 종종 사용되며, 한 단자는 연결되지 않거나 와이퍼에 연결된다.
가변 저항기가 더 높은 전력(약 1와트 이상)으로 정격화되어야 하는 경우, 반원형 절연체 주위에 저항선이 감겨 있고 와이퍼가 한 와이어 회전에서 다음 와이어 회전으로 미끄러지는 방식으로 제작될 수 있다. 때로는 내열성 실린더에 저항선을 감아 가변 저항기를 만들고, 슬라이더는 저항선 코일의 작은 부분을 가볍게 잡는 여러 개의 금속 손가락으로 구성된다. "손가락"은 슬라이딩 손잡이로 저항선 코일을 따라 이동하여 "탭" 지점을 변경할 수 있다. 수천 와트까지의 정격으로 만들어진 권선형 가변 저항기는 DC 모터 구동 장치, 전기 용접 제어 장치 또는 발전기 제어 장치와 같은 응용 분야에 사용된다. 가변 저항기의 정격은 전체 저항 값과 함께 주어지며, 허용되는 전력 소모는 회로 내 전체 장치 저항의 비율에 비례한다. 탄소 더미 가변 저항기는 자동차 배터리 및 전원 공급 장치 테스트용 로드 뱅크로 사용된다.
디지털 분압기.
디지털 분압기(종종 디지팟이라고 불림)는 아날로그 분압기의 기능을 모방하는 전자 부품이다. 디지털 입력 신호를 통해 두 단자 사이의 저항을 아날로그 분압기처럼 조정할 수 있다. 두 가지 주요 기능 유형이 있다. 전원이 제거되면 설정된 위치를 잃고 일반적으로 최소 위치에서 초기화되도록 설계된 휘발성 유형과, 플래시 메모리 또는 EEPROM과 유사한 저장 메커니즘을 사용하여 설정된 위치를 유지하는 비휘발성 유형이 있다.
디지털 분압기의 사용은 단순한 기계식 분압기보다 훨씬 복잡하며, 준수해야 할 많은 제한 사항이 있다. 그럼에도 불구하고, 특히 기계식 분압기의 제한 사항이 문제가 되는 경우, 장비의 공장 조정 및 보정을 위해 널리 사용된다. 디지털 분압기는 일반적으로 다른 반도체 소자와 마찬가지로 중간 정도의 장기적인 기계적 진동이나 환경 오염의 영향에 면역성이 있으며, 다양한 수단을 통해 프로그래밍 입력에 대한 접근을 보호함으로써 무단 조작에 대해 전자적으로 보안을 유지할 수 있다.
마이크로프로세서, FPGA 또는 설정값을 저장하고 장비 전원이 켜질 때마다 "분압기"로 다시 로드할 수 있는 기타 기능 논리를 갖춘 장비에서는 DAC를 디지털 분압기 대신 사용할 수 있으며, 이는 더 높은 설정 해상도, 온도에 따른 드리프트 감소 및 더 많은 작동 유연성을 제공할 수 있다.
멤브레인 분압기.
멤브레인 분압기는 슬라이딩 요소에 의해 변형되어 저항 전압 분배기와 접촉하는 전도성 멤브레인을 사용한다. 선형성은 재료, 설계 및 제조 공정에 따라 0.50%에서 5%까지 다양할 수 있다. 반복 정확도는 일반적으로 0.1mm에서 1.0mm 사이이며 이론적으로는 무한한 해상도를 갖는다. 이러한 유형의 분압기의 수명은 제조에 사용되는 재료 및 작동 방법에 따라 일반적으로 1백만에서 2천만 사이클이다. 접촉식 및 비접촉식(자기) 방법 모두 위치 감지에 사용할 수 있다. PET, FR4, 캡톤과 같은 다양한 재료 변형이 가능하다. 멤브레인 분압기 제조업체는 선형, 회전식 및 응용 분야별 변형을 제공한다. 선형 버전은 길이가 9mm에서 1000mm까지 다양하며 회전식 버전은 직경이 20mm에서 450mm까지 다양하며, 각 버전의 높이는 0.5mm이다. 멤브레인 분압기는 위치 감지에 사용될 수 있다.
저항 기술을 사용하는 터치스크린 장치의 경우, 2차원 멤브레인 분압기는 x 및 y 좌표를 제공한다. 상단 레이어는 이웃한 내부 레이어와 가깝게 이격된 얇은 유리로 되어 있다. 상단 레이어의 밑면에는 투명한 전도성 코팅이 되어 있고, 그 아래 레이어의 표면에는 투명한 저항성 코팅이 되어 있다. 손가락이나 스타일러스가 유리를 변형시켜 아래 레이어와 접촉하게 한다. 저항성 레이어의 가장자리에는 전도성 접점이 있다.
접점 위치를 찾는 것은 반대쪽 가장자리에 전압을 인가하고 다른 두 가장자리는 일시적으로 연결하지 않음으로써 이루어진다. 상단 레이어의 전압은 한 좌표를 제공한다. 그 두 가장자리의 연결을 끊고, 이전에 연결되지 않았던 다른 두 가장자리에 전압을 인가하면 다른 좌표가 제공된다. 가장자리 쌍 사이를 빠르게 번갈아 가며 전환하면 빈번한 위치 업데이트가 제공된다. 아날로그-디지털 변환회로는 출력 데이터를 제공한다.
이러한 센서의 장점은 센서에 단 5개의 연결만 필요하며, 관련 전자 장치가 비교적 간단하다는 것이다. 또 다른 장점은 작은 영역에 상단 레이어를 누르는 모든 재료가 잘 작동한다는 것이다. 단점은 접촉을 위해 충분한 힘이 가해져야 한다는 것이다. 또 다른 단점은 센서가 터치 위치를 기본 디스플레이와 일치시키기 위해 가끔 보정이 필요하다는 것이다. (용량성 센서는 보정이나 접촉력이 필요 없으며, 손가락이나 다른 전도성 물체의 근접성만 필요하다. 그러나 훨씬 더 복잡하다.)
분압기는 상당한 양의 전력(약 1와트 이상)을 직접 제어하는 데 거의 사용되지 않는다. 대신 아날로그 신호의 레벨(예: 오디오 장비의 음량 조절)을 조정하고 전자 회로의 제어 입력으로 사용된다. 예를 들어, 조광기는 분압기를 사용하여 사이리스터의 스위칭을 제어하고 간접적으로 램프의 밝기를 제어한다.
프리셋 분압기는 제조 또는 서비스 중에 조정이 필요한 모든 전자 장치에서 널리 사용된다.
사용자가 작동하는 분압기는 사용자 제어 장치로 널리 사용되며, 매우 다양한 장비 기능을 제어할 수 있다. 1990년대에는 로터리 인크리멘털 엔코더, 상/하 버튼 및 기타 디지털 제어 장치가 더 일반화되면서 소비자 전자 제품에서 분압기의 광범위한 사용이 줄어들었다. 그러나 볼륨 컨트롤 및 위치 센서와 같은 많은 응용 분야에서 여전히 사용되고 있다.
오디오 제어.
슬라이드 및 로터리 방식의 저전력 분압기는 오디오 장비를 제어하여 음량, 주파수 감쇠 및 오디오 신호의 기타 특성을 변경하는 데 사용된다.
저항, 테이퍼 또는 로그(log) 형태의 "곡선"(또는 법칙)을 갖는 분압기인 '로그 팟'은 인간의 귀의 진폭 반응이 대략 로그 함수를 따르기 때문에 "오디오 테이퍼 팟"이라고도 불리는 앰프 (음향기기)의 볼륨 제어 장치로 사용된다. 예를 들어 0에서 10까지 표시된 볼륨 제어 장치에서 설정값 5는 주관적으로 설정값 10의 절반 정도의 소리로 들리도록 보장한다. 또한 역로그 팟 또는 역오디오 테이퍼도 있는데, 이는 단순히 로그 분압기의 반대이다. 이는 오디오 밸런스 제어와 같이 로그 분압기와 함께 갱 방식으로 거의 항상 사용된다.
필터 네트워크와 함께 사용되는 분압기는 음조 제어 회로 또는 이퀄라이저 역할을 한다.
오디오 시스템에서 "선형"이라는 단어는 물리적 슬라이딩 모션의 직선적인 특성 때문에 슬라이드 분압기를 설명하는 데 혼란스럽게 사용되기도 한다. "선형"이라는 단어는 슬라이드 또는 로터리 유형에 관계없이 분압기에 적용될 때 분압기의 위치와 분압기의 탭(와이퍼 또는 전기 출력) 핀의 측정 값 사이의 선형 관계를 설명한다.
분압기는 이전에는 화면 밝기, 명암 및 색상 반응을 제어하는 데 사용되었다. 분압기는 종종 "수직 홀드"를 조정하는 데 사용되었는데, 이는 수신기 내부 스윕 회로(때로는 멀티바이브레이터)와 수신된 영상 신호 간의 동기화에 영향을 미쳤으며, 오디오-비디오 캐리어 오프셋, 튜닝 주파수(푸시 버튼 세트의 경우) 등과 같은 다른 사항에도 영향을 미쳤다. 또한 파동의 주파수 변조에도 도움이 된다.
모션 제어.
분압기는 서보 기구와 같은 폐쇄 루프 제어를 생성하기 위한 위치 피드백 장치로 사용될 수 있다. 이 모션 제어 방법은 각도 또는 변위를 측정하는 가장 간단한 방법이다.
트랜스듀서.
분압기는 구조가 간단하고 큰 출력 신호를 줄 수 있기 때문에 변위 트랜스듀서의 일부로도 매우 널리 사용된다.
아날로그 컴퓨터에서 고정밀 분압기는 원하는 상수 인자로 중간 결과를 스케일링하거나 계산의 초기 조건을 설정하는 데 사용된다. 모터 구동 분압기는 비선형 저항 카드를 사용하여 삼각 함수에 대한 근사치를 제공하는 함수 발생기로 사용될 수 있다. 예를 들어, 샤프트 회전은 각도를 나타낼 수 있으며, 전압 분할 비율은 각도의 코사인에 비례하도록 만들 수 있다.
분압기는 전압 나누개로 사용되어 분압기의 양 끝단에 인가된 고정 입력 전압으로부터 슬라이더(와이퍼)에서 수동으로 조정 가능한 출력 전압을 얻을 수 있다. 이것이 가장 일반적인 용도이다.
양단의 전압은 다음으로 계산할 수 있다.
만약 이 다른 저항들(예: 연산 증폭기의 입력)에 비해 크다면, 출력 전압은 더 간단한 방정식으로 근사화할 수 있다.
예를 들어, formula_3, formula_4, formula_5, formula_6이라고 가정해 보자.
부하 저항이 다른 저항에 비해 크기 때문에 출력 전압 은 대략 다음과 같을 것이다.
그러나 부하 저항 때문에 실제로는 약간 더 낮을 것이다. .
소스와 직렬로 연결된 가변 저항기에 비해 전압 분배기의 장점 중 하나는 가변 저항기는 항상 전류가 흐르는 최대 저항을 갖는 반면, 분배기는 와이퍼가 분압기의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 움직일 때 출력 전압을 최대()에서 접지 (전기)(0볼트)까지 변화시킬 수 있다는 것이다. 그러나 항상 소량의 접촉 저항이 존재한다.
또한, 부하 저항은 종종 알려져 있지 않으므로 단순히 가변 저항기를 부하와 직렬로 연결하면 부하에 따라 무시할 수 있는 효과를 갖거나 과도한 효과를 가질 수 있다.
노화는 저항 트랙과 와이퍼가 회전할 때 간헐적인 접촉을 유발할 수 있다. 볼륨 조절에 사용될 때 이는 지직거리는 소리를 발생시킨다.
일사계(pyranometer, )는 평면에서 태양 복사조도를 측정하는 데 사용되는 방사계의 일종으로, 0.3μm에서 3μm까지의 파장 범위 내에서 위쪽 반구에서 오는 태양 복사 플럭스 밀도(W/m2)를 측정하도록 설계되었다.
일반적인 일사계는 작동에 전력이 필요하지 않다. 그러나 최근 기술 개발에는 (낮은) 외부 전력이 필요한 일사계에 전자 장치를 사용하는 것이 포함된다(열 플럭스 센서 참조).
지구 표면에 도달하는 태양 복사 스펙트럼은 약 300nm에서 2800nm까지 파장이 확장된다. 사용되는 일사계의 유형에 따라 스펙트럼 감도 정도가 다른 복사조도 측정이 얻어진다.
복사조도를 측정하려면 정의상 "빔" 방사에 대한 반응이 입사각의 코사인에 따라 달라져야 한다. 이렇게 하면 태양 복사가 센서에 수직으로 부딪힐 때(표면에 수직, 태양 정점, 입사각 0°) 완전한 반응을 보이고, 태양이 지평선에 있을 때(입사각 90°, 천정각 90°)는 반응이 없으며, 입사각 60°에서는 0.5의 반응을 보인다. 따라서 일사계는 이상적인 코사인 특성에 최대한 가까운 소위 "방향 반응" 또는 "코사인 반응"을 가져야 한다.
ISO 9060에 명시된 정의에 따라 세 가지 유형의 일사계를 식별할 수 있으며, 두 가지 다른 기술로 분류된다: 열전퇴 기술과 실리콘 반도체 기술.
스펙트럼 반응으로 알려진 빛 감도는 일사계의 유형에 따라 달라진다. 위 그림은 태양 복사 스펙트럼과 관련하여 세 가지 유형의 일사계의 스펙트럼 반응을 보여준다. 태양 복사 스펙트럼은 정오에 해수면에서 A.M. (대기 질량) = 1.5일 때 지구 표면에 도달하는 햇빛의 스펙트럼을 나타낸다.
위도와 고도는 이 스펙트럼에 영향을 미친다. 이 스펙트럼은 또한 연무질과 오염에 의해서도 영향을 받는다.
열전퇴 일사계.
열전퇴 일사계(또는 열전 일사계)는 180° 시야각에서 넓은 대역의 태양 복사 플럭스 밀도를 측정하도록 설계된 열전퇴 기반 센서이다. 따라서 열전퇴 일사계는 일반적으로 300nm에서 2800nm까지의 넓은 대역을 주로 평평한 스펙트럼 감도(스펙트럼 반응 그래프 참조)로 측정한다. 1세대 열전퇴 일사계는 센서의 활성 부분이 검은색과 흰색 섹터로 균등하게 나뉘어 있었다. 조사량은 태양에 노출된 검은색 섹터의 온도와 태양에 노출되지 않은 흰색 섹터, 즉 그늘진 섹터의 온도 간의 차동 측정으로부터 계산되었다.
모든 열전퇴 기술에서 조사량은 태양 노출 영역의 온도와 그림자 영역의 온도 차이에 비례한다.
적절한 방향 및 스펙트럼 특성을 얻기 위해 열전퇴 일사계는 다음 주요 구성 요소로 구성된다:
현대 열전퇴 일사계에서 열전퇴의 활성(고온) 접합부는 검은색 코팅 표면 아래에 위치하며 검은색 코팅에서 흡수된 복사에 의해 가열된다. 열전퇴의 수동(저온) 접합부는 태양 복사로부터 완전히 보호되며 방열판 역할을 하는 일사계 하우징과 열 접촉을 이룬다. 이는 그늘에서 온도를 측정할 때 황변이나 부패로 인한 변화를 방지하여 태양 복사조도 측정의 정확성을 저해하는 것을 막는다.
열전퇴는 검은색 코팅 표면과 기기 하우징 간의 온도 차이에 비례하는 작은 전압을 생성한다. 이는 W/m2당 약 10 μV(마이크로볼트)이므로, 화창한 날에는 출력이 약 10 mV(밀리볼트)가 된다. 각 일사계는 신호 교정을 위한 전자 장치를 갖추지 않는 한 고유한 감도를 가진다.
열전퇴 일사계는 기상학, 기후학, 기후 변화 연구, 건축 공학 물리, 태양광 발전 시스템, 태양광 발전소 모니터링에 자주 사용된다.
태양 에너지 산업은 2017년 표준인 IEC 61724-1:2017에 따라 태양광 발전소의 규모와 범주에 따라 사용해야 할 일사계의 유형과 수를 정의했다. 이 표준은 성능 비율 계산의 정확도를 높이기 위해 열전퇴 일사계를 수평으로(GHI, Global Horizontal Irradiation) 설치하고, 태양광 일사계를 PV 모듈 평면(POA, Plane Of Array)에 설치할 것을 권장한다.
일사계로 측정된 데이터(수평 또는 평면 내)를 사용하려면 원시 측정 데이터의 품질 평가(QA)가 필요하다. 이는 일사계 측정이 일반적으로 환경 유발 오류뿐만 아니라 다음과 같은 취급 및 부주의 오류로 인해 발생하기 때문이다.
위의 각 문제는 측정된 시계열에서 특정 패턴으로 나타난다. 이 덕분에 문제를 식별하고, 오류가 있는 기록을 표시하며, 데이터 세트에서 제외할 수 있다. 데이터 QA에 사용되는 방법은 패턴을 식별하기 위해 전문가에게 의존하는 수동 방식이거나 알고리즘이 작업을 수행하는 자동 방식일 수 있다. 많은 패턴이 복잡하고 쉽게 설명되지 않으며 특정 컨텍스트를 요구하므로 수동 QA가 매우 일반적이다. QA를 수행하려면 적절한 도구를 갖춘 전문 소프트웨어가 필요하다.
QA 절차 후, 남아있는 '정리된' 데이터 세트는 측정 현장의 태양 복사조도를 기기 측정 불확실성 범위 내에서 반영한다. '정리된' 측정 데이터 세트는 위성 기반 태양 복사조도 모델의 데이터로 선택적으로 향상될 수 있다. 이 데이터는 일사계로 측정된 데이터보다 훨씬 더 긴 기간(일반적으로 수십 년 전) 동안 전 세계적으로 사용할 수 있다. 위성 모델 데이터는 일사계로 측정된 데이터와 상관 관계를 가지거나(또는 현장에 맞게 조정) 특정 현장에 대해 정확하고 정의된 불확실성을 가진 장기간의 데이터 세트를 생성할 수 있다. 이러한 데이터는 신뢰할 수 있는 태양 에너지 자원 연구를 수행하거나 태양 잠재력 지도를 생성하는 데 사용될 수 있다.
운영 중인 PV 발전소의 모니터링을 위해 일사계는 특정 시간 또는 특정 기간 동안 사용 가능한 태양 복사조도를 검증하는 데 필수적인 역할을 한다. 날씨 변동성, 이중성, 그리고 현대 태양광 발전소(100MWp 이상)의 공간적 규모로 인해 PV 발전소의 각 섹션에 정확한 태양 복사조도를 제공하기 위해 여러 일사계가 설치된다. 예를 들어 IEC 61724-1:2017 국제 표준은 100MWp PV 발전소에 최소 4개의 Class A 열전퇴 일사계를 항상 설치할 것을 요구한다.
QA 처리된 태양광 측정값은 자산 상태 모니터링 또는 생산된 에너지(청구) 또는 자산 관리(예: O&amp;M)와 관련된 다양한 계약 시나리오에서 사용되는 지표인 성능 비율*과 같은 핵심 성과 지표(KPI)를 도출하는 데 사용될 수 있다. 이 계산에서 특정 기간 동안의 평면 내 복사조도 측정 합계는 정규화된 생산 PV 전력과 비교되는 결정 요인으로 사용된다. 특히 운영 중인 발전소에서 신뢰할 수 있는 평면 내 측정값을 얻기 어렵기 때문에, 오래된 성능 비율 측정값 대신 에너지 성능 지수가 점점 더 많이 사용되고 있다.
일부 보조 표준 일사계는 센서에 이슬, 서리 또는 눈이 쌓여 발생하는 측정 오류를 줄이기 위해 설계된 통합 돔 가열 시스템을 갖추고 있다. 이러한 가열 메커니즘은 춥거나 습한 환경에서 돔 표면의 광학적 선명도를 유지하여 중단 없는 정확한 태양 복사조도 판독값을 보장한다. 예를 들어 EKO 인스트루먼트의 MS-80SH 모델은 ISO 9060:2018 Class A 표준을 준수하는 이러한 가열 시스템을 통합하고 있으며, 서리 관련 간섭이 흔한 고위도 또는 고산 지역에서 사용된다.
태양광 일사계 – 실리콘 광다이오드.
ISO 9060에서 광전 일사계라고도 알려진 광다이오드 기반 일사계는 400 nm에서 1100 nm 사이의 태양 스펙트럼 부분을 감지할 수 있다. 광다이오드는 광전 효과 덕분에 앞서 언급된 태양 스펙트럼 주파수를 고속으로 전류로 변환한다. 이 변환은 온도의 영향을 받으며, 온도 상승에 따라 전류가 증가한다 (약 0.1% • °C).
광다이오드 기반 일사계는 하우징 돔, 광다이오드, 디퓨저 또는 광학 필터로 구성된다. 광다이오드는 작은 표면적을 가지며 센서 역할을 한다. 광다이오드에 의해 생성된 전류는 복사조도에 비례한다; 트랜스임피던스 증폭기와 같은 출력 회로는 광전류에 직접 비례하는 전압을 생성한다. 출력은 일반적으로 밀리볼트 단위이며, 열전퇴형 일사계와 같은 크기이다.
광다이오드 기반 일사계는 가시 태양 스펙트럼의 복사조도 양 또는 UV, IR 또는 PAR(광합성 유효방사)와 같은 특정 부분의 양을 계산해야 하는 곳에 사용된다. 이는 특정 스펙트럼 응답을 가진 다이오드를 사용하여 이루어진다.
광다이오드 기반 일사계는 사진, 영화 및 조명 기술에 사용되는 노출계의 핵심이다. 때로는 태양광 발전 시스템의 모듈 근처에 설치되기도 한다.
태양광 일사계 – 태양광 전지.
2000년대 태양광 발전 시스템의 확산과 함께 개발된 태양광 일사계는 광다이오드 일사계의 진화형이다. 이는 전지와 태양광 모듈의 전력을 측정할 때 단일 기준 태양광 전지의 필요성에 부응했다. 특히, 각 전지와 모듈은 각 제조업체에 의해 플래시 테스트를 통해 테스트되며, 열전퇴 일사계는 적절한 응답 속도나 전지와 동일한 스펙트럼 응답을 가지고 있지 않다. 이는 전력 측정 시 명확한 불일치를 초래하며, 이를 정량화해야 한다. 기술 문서에서 이 일사계는 "기준 전지"라고도 불린다.
센서의 활성 부분은 거의 단락 상태로 작동하는 태양광 전지로 구성된다. 따라서 생성된 전류는 350 nm에서 1150 nm 범위에서 전지에 도달하는 태양 복사조도에 직접 비례한다. 언급된 범위의 빛 복사조도를 받을 때 광기전력 효과의 결과로 전류를 생성한다. 그 감도는 평탄하지 않지만 실리콘 태양광 전지의 감도와 동일하다. 스펙트럼 응답 그래프를 참조하라.
태양광 일사계는 본질적으로 다음 부분으로 조립된다:
광다이오드 및 태양광 전지와 같은 실리콘 센서는 온도에 따라 출력을 변경한다. 최신 모델에서는 전자 장치가 온도에 따라 신호를 보상하여 태양 복사조도 값에서 온도의 영향을 제거한다. 여러 모델 내에서 케이스는 신호 증폭 및 신호 조절을 위한 보드를 수용한다.
태양광 일사계는 태양 시뮬레이터와 태양광 발전 시스템과 함께 태양광 모듈의 유효 전력 및 시스템 성능을 계산하는 데 사용된다. 태양광 일사계의 스펙트럼 응답이 태양광 모듈의 스펙트럼 응답과 유사하기 때문에 태양광 발전 시스템의 오작동에 대한 예비 진단에도 사용될 수 있다.
기준 PV 전지 또는 태양 복사조도 센서는 모듈 온도 센서, 주변 온도 센서, 풍속 센서, 풍향 센서, 상대 습도 연결을 보장하는 최대 5개의 입력과 데이터 로거에 직접 연결되는 단 하나의 Modbus RTU 출력을 가질 수 있다. 이 조합을 "기상 관측소"라고 부르며 태양광 발전소 모니터링에 적합하다. 이 기능은 열전퇴 일사계와 기준 전지 태양 복사조도 센서의 주요 차이점 중 하나이다.
표준화 및 교정.
열전퇴형 및 태양광 일사계 모두 표준에 따라 제조된다.
열전퇴 일사계는 세계기상기구(WMO)가 채택한 ISO 9060 표준을 따른다. 이 표준은 세 가지 등급을 구분한다.
2018년 최신 ISO 9060 버전은 Class A가 최고 성능이며 Class B 및 Class C가 그 뒤를 잇는 분류를 사용하는 반면, 1990년 구 ISO 9060 표준은 "보조 표준", "1등급" 및 "2등급"과 같은 모호한 용어를 사용했다.
등급의 차이는 센서의 여러 특성(응답 시간, 열 오프셋, 온도 의존성, 방향 오차, 비안정성, 비선형성, 스펙트럼 선택성 및 기울기 응답) 때문이다. 이들은 모두 ISO 9060에 정의되어 있다. 센서가 특정 범주로 분류되려면 이러한 특성에 대한 모든 최소 요구 사항을 충족해야 한다.
'빠른 응답'과 '스펙트럼 평탄'은 ISO 9060:2018에 포함된 두 가지 하위 분류이다. 이들은 센서를 더욱 구별하고 분류하는 데 도움이 된다. '빠른 응답' 분류를 얻으려면 판독값의 95%에 대한 응답 시간이 0.5초 미만이어야 하며, '스펙트럼 평탄'은 0.35~1.5 μm 스펙트럼 범위에서 스펙트럼 선택성이 3% 미만인 센서에 적용될 수 있다. 대부분의 Class A 일사계는 '스펙트럼 평탄'이지만, '빠른 응답' 하위 분류의 센서는 훨씬 드물다. 대부분의 Class A 일사계는 5초 이상의 응답 시간을 갖는다.
교정은 일반적으로 세계복사기준(WRR)을 절대 기준으로 삼아 이루어진다. 이는 스위스 다보스의 PMOD에서 유지 관리된다. 세계복사기준 외에도 ISO-Cal North America와 같은 민간 연구소는 이러한 고유한 교정에 대한 인정을 받았다. Class A 일사계의 경우, 교정은 ASTM G167, ISO 9847 또는 ISO 9846에 따라 이루어진다. Class B 및 Class C 일사계는 일반적으로 ASTM E824 및 ISO 9847에 따라 교정된다.
태양광 일사계.
태양광 일사계는 1차 기준 샘플의 경우 IEC 60904-4에 따라, 2차 기준 샘플 및 판매용 기기의 경우 IEC 60904-2에 따라 표준화 및 교정된다.
두 표준 모두에서 각 추적성 체인은 세계복사기준(WRR)에 의한 공동 복사계 그룹으로 알려진 1차 표준으로 시작한다.
신호 조절.
이러한 일사계의 자연 출력 값은 일반적으로 수십 밀리볼트(mV)를 초과하지 않는다. 이는 "약한" 신호로 간주되며, 특히 케이블이 수십 미터에 걸쳐 있거나 태양광 발전 시스템에 있는 경우 전자파장애에 취약하다. 따라서 이러한 센서에는 종종 신호 조절 전자 장치가 장착되어 4-20mA 또는 0-1V의 출력을 제공한다.
또 다른 해결책은 중대형 태양광 발전소의 전자기 간섭에 적합한 RS-485를 통한 모드버스와 같이 잡음에 대한 더 큰 내성을 의미하거나, 센서가 저전력 기상 관측소의 일부인 경우 SDI-12 출력을 의미한다. 장착된 전자 장치는 종종 시스템의 스카다에 쉽게 통합되도록 돕는다.
교정 기록, 일련 번호와 같은 추가 정보도 센서의 전자 장치에 저장할 수 있다.
직달일사계(pyrheliometer)는 직접적인 태양 복사조도를 측정할 수 있는 기기이다. 햇빛은 창문을 통해 기기로 들어와 열을 전기 신호로 변환하는 열전퇴로 향하며, 이 신호는 기록될 수 있다. 신호 전압은 제곱미터당 와트를 측정하기 위한 공식을 통해 변환된다.
직달일사계 측정 사양은 국제 표준화 기구(ISO) 및 세계기상기구(WMO) 표준의 적용을 받는다. 상호 교정을 위한 직달일사계 간의 비교는 수신되는 태양 에너지 양을 측정하기 위해 정기적으로 수행된다. 다보스에 있는 세계 복사 센터에서 5년마다 열리는 국제 직달일사계 비교의 목표는 세계 복사 기준의 전 세계적인 이전을 보장하는 것이다.
이 행사 동안 모든 참가자는 자신의 기기, 태양 추적 및 데이터 수집 시스템을 다보스로 가져와 세계 표준 그룹과 동시에 태양 복사 측정을 수행한다.
일반적인 직달일사계 측정 응용 분야에는 과학적 기상 및 기후 관측, 재료 시험 연구, 태양열 집열기 및 태양광 발전 장치의 효율성 평가가 포함된다.
직달일사계는 일반적으로 태양광 추적기에 장착된다. 직달일사계는 태양 원반만 '보기' 때문에 태양의 경로를 따르는 장치에 배치되어야 한다.
굴절계(refractometer)는 굴절률을 측정하는 실험실 또는 현장 장치이다(굴절률 측정). 굴절률은 스넬의 법칙을 사용하여 관찰된 굴절 각도에서 계산된다. 혼합물의 경우, 굴절률은 글래드스톤-데일 관계 및 로렌츠-로렌츠 방정식과 같은 혼합 규칙을 사용하여 농도를 결정할 수 있게 한다.
굴절률 측정.
표준 굴절계는 액체 또는 고체 상태의 투명 물질에 대한 빛의 굴절 정도(굴절률의 일부로)를 측정한다. 이는 샘플을 식별하고, 샘플의 순도를 분석하며, 액체 샘플 내 용해된 물질의 양 또는 농도를 결정하는 데 사용된다. 빛이 공기에서 액체를 통과할 때 속도가 느려지고 ‘구부러지는’ 환상이 생긴다. ‘구부러지는’ 정도는 액체에 용해된 물질의 양에 따라 달라진다. 예를 들어, 한 잔의 물에 있는 설탕의 양과 같다.
굴절계에는 네 가지 주요 유형이 있다: 전통적인 휴대용 굴절계, 디지털 휴대용 굴절계, 실험실 또는 아베 굴절계(장비의 발명가를 따서 명명되었으며 에른스트 아베의 원래 '임계각' 설계에 기반함) 및 인라인 공정 굴절계이다. 기체의 굴절률을 측정하는 데 (일반적으로) 사용되는 레일리 굴절계도 있다.
임상병리학에서는 혈액 샘플의 총 혈장 단백질과 소변 샘플의 소변 비중을 측정하는 데 굴절계를 사용한다.
약물 진단에서는 사람 소변의 비중을 측정하는 데 굴절계를 사용한다.
보석학에서 보석 굴절계는 보석 연구실에서 사용되는 기본적인 장비 중 하나이다. 보석은 투명한 광물이므로 광학적 방법으로 검사할 수 있다. 굴절률은 물질의 화학적 조성에 따라 달라지는 재료 상수이다. 굴절계는 보석의 굴절률을 측정하여 보석 재료를 식별하는 데 사용되며, 이는 보석의 종류를 결정하는 데 사용되는 주요 특성 중 하나이다. 굴절률이 사용되는 빛의 파장(즉, 분산)에 따라 달라지기 때문에, 측정은 일반적으로 약 589nm의 나트륨 선 D-선(NaD) 파장에서 이루어진다. 이는 주광에서 걸러내거나 단색 발광 다이오드(LED)로 생성된다. 루비, 사파이어, 전기석, 토파즈와 같은 특정 보석은 광학적으로 비등방성이다. 이들은 빛의 편광 면에 따라 복굴절을 나타낸다. 두 가지 다른 굴절률은 편광 필터를 사용하여 분류된다. 보석 굴절계는 고전적인 광학 기기뿐만 아니라 디지털 디스플레이가 있는 전자 측정 장치로도 사용할 수 있다.
해수어항 취미에서는 굴절계를 사용하여 물의 염분과 비중을 측정한다.
자동차 산업에서는 굴절계를 사용하여 냉각수 농도를 측정한다.
기계공업에서는 굴절계를 사용하여 가공 공정을 위한 수성 냉각수에 첨가된 냉각수 농축액의 양을 측정한다.
홈브루잉에서는 양조 굴절계를 사용하여 발효 전 비중을 측정하여 알코올로 전환될 수 있는 발효성 설탕의 양을 결정한다.
브릭스 당도 굴절계는 종종 잼, 마멀레이드, 꿀을 포함한 보존식품을 만드는 취미가들이 사용한다. 양봉에서는 브릭스 굴절계를 사용하여 꿀의 수분 함량을 측정한다.
자동.
자동 굴절계는 샘플의 굴절률을 자동으로 측정한다. 샘플의 굴절률 자동 측정은 전반사 임계각의 결정을 기반으로 한다.
일반적으로 수명이 긴 LED 광원이 렌즈 시스템을 통해 프리즘 표면에 초점을 맞춘다. 간섭 필터는 지정된 파장을 보장한다. 프리즘 표면의 한 지점에 빛을 집중함으로써 넓은 범위의 다른 각도가 커버된다.
"자동 굴절계의 개략도" 그림에 표시된 대로 측정된 샘플은 측정 프리즘과 직접 접촉한다. 굴절률에 따라 임계각 미만의 입사광은 샘플로 부분적으로 투과되는 반면, 더 높은 입사각의 경우 빛은 완전 반사된다. 입사각에 따른 반사광 강도의 이러한 의존성은 고해상도 센서 배열로 측정된다. CCD 센서로 촬영된 비디오 신호로부터 샘플의 굴절률을 계산할 수 있다.
전반사 각도를 감지하는 이 방법은 샘플 속성과 무관하다. 광학적으로 밀도가 높고 강하게 흡수하는 샘플 또는 기포나 고체 입자를 포함하는 샘플의 굴절률을 측정하는 것도 가능하다. 또한 소량의 마이크로리터만 필요하며 샘플을 회수할 수 있다. 이 굴절각 결정은 진동 및 기타 환경 교란과 무관하다.
파장의 영향.
주어진 샘플의 굴절률은 모든 재료에 대해 파장에 따라 달라진다. 이 분산 관계는 비선형이며 모든 재료의 특징이다. 가시광선 범위에서는 파장이 증가함에 따라 굴절률이 감소한다. 유리 프리즘에서는 흡수가 거의 관찰되지 않는다. 적외선 파장 범위에서는 여러 흡수 최대치와 굴절률 변동이 나타난다. 굴절률에서 최대 0.00002의 정확도로 고품질 측정을 보장하려면 파장을 정확하게 결정해야 한다. 따라서 현대 굴절계에서는 다른 분산을 가진 샘플에 대해 정확한 결과를 보장하기 위해 파장을 +/-0.2nm의 대역폭으로 조정한다.
온도는 굴절률 측정에 매우 중요한 영향을 미친다. 따라서 프리즘 온도와 샘플 온도를 고정밀로 제어해야 한다. 온도를 제어하는 여러 가지 미묘하게 다른 설계가 있지만, 고정밀 온도 센서와 펠티에 장치와 같이 샘플과 프리즘의 온도를 제어하는 모든 장치에 공통적인 몇 가지 주요 요소가 있다. 이러한 장치의 온도 제어는 샘플 온도의 변화가 감지할 수 있는 굴절률 변화를 유발하지 않을 만큼 충분히 작도록 설계되어야 한다.
과거에는 외부 수조를 사용했지만 더 이상 필요하지 않다.
자동 굴절계의 확장된 기능.
자동 굴절계는 마이크로프로세서 제어 전자 장치이다. 이는 높은 수준의 자동화를 가질 수 있으며 다른 측정 장치와 결합할 수도 있음을 의미한다.
플로우 셀.
몇 마이크로리터용 플로우 셀부터 측정 프리즘을 중간에 청소하지 않고도 빠른 샘플 교환을 위한 충전 깔때기가 있는 샘플 셀에 이르기까지 다양한 유형의 샘플 셀을 사용할 수 있다. 샘플 셀은 독성 및 유해 샘플을 샘플 노출을 최소화하면서 측정하는 데에도 사용할 수 있다.
마이크로 셀은 몇 마이크로리터의 부피만 필요하며, 고가의 샘플의 회수를 보장하고 휘발성 샘플 또는 용매의 증발을 방지한다. 또한 굴절계 프리즘에 샘플을 자동으로 채우기 위한 자동화 시스템에서도 사용할 수 있다.
깔때기를 통해 샘플을 편리하게 채울 수 있도록 충전 깔때기가 있는 플로우 셀을 사용할 수 있다. 이는 품질 관리 응용 분야에서 빠른 샘플 교환에 사용된다.
자동 샘플 공급.
자동 굴절계에 플로우 셀이 장착되면 샘플은 주사기 또는 연동 펌프를 사용하여 채울 수 있다. 현대 굴절계는 내장형 연동 펌프 옵션이 있다. 이는 장비 소프트웨어 메뉴를 통해 제어된다. 연동 펌프는 실험실에서 배치 프로세스를 모니터링하거나 사용자 상호 작용 없이 하나의 샘플에 대해 여러 측정을 수행할 수 있는 길을 열어준다. 이는 사람의 오류를 제거하고 높은 샘플 처리량을 보장한다.
많은 수의 샘플에 대한 자동 측정이 필요한 경우, 현대 자동 굴절계는 자동 샘플 교환기와 결합될 수 있다. 샘플 교환기는 굴절계에 의해 제어되며 샘플 교환기의 바이알에 배치된 샘플의 완전 자동 측정을 보장한다.
다중 매개변수 측정.
오늘날의 실험실은 샘플의 굴절률뿐만 아니라 효율적인 품질 관리를 수행하기 위해 밀도 또는 점도와 같은 몇 가지 추가 매개변수를 측정하기를 원한다. 마이크로프로세서 제어 및 여러 인터페이스 덕분에 자동 굴절계는 컴퓨터 또는 밀도계, pH 미터, 점도계와 같은 다른 측정 장치와 통신하여 굴절률 데이터 및 밀도 데이터(및 기타 매개변수)를 하나의 데이터베이스에 저장할 수 있다.
소프트웨어 기능.
자동 굴절계는 굴절률만 측정하는 것이 아니라 다음과 같은 많은 추가 소프트웨어 기능을 제공한다.
제약 문서화 및 검증.
굴절계는 종종 원료 중간재 및 최종 제품의 품질 관리를 위한 제약 응용 분야에서 사용된다. 의약품 제조업체는 FDA 21 CFR Part 11, GMP, Gamp 5, USP&lt;1058&gt;와 같은 여러 국제 규정을 따라야 하며, 이는 많은 문서화 작업을 요구한다. 자동 굴절계 제조업체는 사용자 수준, 전자 서명 및 감사 추적을 통해 21 CFR Part 11의 요구 사항을 충족하는 장비 소프트웨어를 제공하여 이러한 사용자를 지원한다. 또한, 제약 검증 및 자격 패키지에는 다음이 포함된다.
《수태고지》(, )는 이탈리아의 거장 카라바조가 1608년경에 완성한 유화 작품으로, 현재 낭시 미술관에 소장되어 있다.
이 작품은 심한 손상과 여러 차례의 보수를 거쳤으며, 카라바조의 필치가 비교적 온전히 남아 있는 부분은 천사 정도이다. 구름 위에 떠서 화면 밖으로 돌출되는 듯한 천사의 환영적 묘사는 카라바조의 다른 작품보다 더 바로크적인 특징을 띠지만, 역동적인 천사의 자세와 이를 받아들이는 마리아의 대비는 극적이면서도 심리적으로 강한 효과를 준다. 느슨한 붓놀림은 카라바조 후기 작품에서 나타나는 전형적인 특징이다.
이 그림은 로렌 공작 앙리 2세가 낭시의 대수도원 교회에 주 제단화로 기증한 것으로, 1608년 그의 아들 중 한 명이 몰타를 방문한 동안 구입했을 것으로 추정된다.
이 작품은 두 인물로 구성되어 있다. 성모 위에 있는 천사는 가브리엘로, 수태고지의 메시지를 전한 천사이다. 가브리엘이 들고 있는 백합은 성모 마리아를 상징한다. 마리아는 하나님의 계획을 전해 듣는 순간을 나타내며, 몸을 낮춘 자세로 표현되어 있다. 작품 전반에는 카라바조 특유의 스푸마토와 테네브리즘이 두드러지며, 두 주요 인물을 제외한 대부분의 화면은 어둡게 처리되어 있다.
전기 통신에서 반사 손실()은 전송선로 또는 광섬유 내 불연속성에 의해 반사되는 전력 신호의 상대적인 측정값이다. 이러한 불연속성은 회선에 연결된 종단 또는 부하와 회선의 특성 임피던스 간의 불일치로 인해 발생할 수 있다. 일반적으로 데시벨(dB) 단위로 비율로 표현된다.
여기서 RL(dB)은 dB 단위의 반사 손실이고, Pi는 입사 전력이며, Pr는 반사 전력이다.
반사 손실은 정재파비(SWR) 및 반사 계수(Γ)와 관련이 있다. 반사 손실이 증가하면 SWR이 낮아진다. 반사 손실은 장치 또는 회선이 얼마나 잘 일치하는지를 나타내는 척도이다. 반사 손실이 높으면 일치가 잘 된 것이다. 높은 반사 손실은 바람직하며 낮은 삽입 손실을 초래한다.
어떤 관점에서 "반사 손실"은 잘못된 용어이다. 전송선로의 일반적인 기능은 최소한의 손실로 소스에서 부하로 전력을 전달하는 것이다. 전송선로가 부하에 올바르게 일치하면 반사 전력은 0이 되고, 반사로 인한 전력 손실은 없으며, "반사 손실"은 무한대가 된다. 반대로, 회선이 개방 회로로 종단되면 반사 전력은 입사 전력과 같아진다. 입사 전력은 부하로 전달되지 않는다는 의미에서 모두 손실되며, RL은 0이 된다. 따라서 RL의 수치 값은 "손실"에서 예상되는 것과 반대 방향으로 향한다.
위에서 정의된 바와 같이, Pr은 Pi를 초과할 수 없으므로 RL은 항상 양수이다. 그러나 반사 손실은 역사적으로 음수로 표현되어 왔으며, 이 관습은 여전히 문헌에서 널리 발견된다. 엄밀히 말하면, RL에 음수 부호가 붙으면 반사 전력과 입사 전력의 비율이 암시된다:
여기서 RL′(dB)는 RL(dB)의 음수이다.
실제로, RL에 부여되는 부호는 크게 중요하지 않다. 전송선로에 길이가 여러 불연속성이 포함되어 있다면, 총 반사 손실은 각 불연속성으로 인한 RL의 합이 되며, 모든 RL에 동일한 부호가 부여되는 한 오류나 모호함은 발생하지 않는다. 어떤 관례를 사용하든 Pr이 Pi를 초과할 수 없다는 것은 항상 이해될 것이다.
전기적.
금속 도체 시스템에서는 도체를 따라 이동하는 신호의 반사가 불연속성 또는 온저항 불일치에서 발생할 수 있다.
반사파 Vr의 진폭과 입사파 Vi의 진폭의 비율은 반사 계수로 알려져 있다.
반사 손실은 dB 단위로 표현된 반사 계수의 크기의 음수이다. 전력은 전압의 제곱에 비례하므로, 반사 손실은 다음과 같이 주어진다:
여기서 수직 막대는 크기를 나타낸다. 따라서 큰 양의 반사 손실은 반사 전력이 입사 전력에 비해 작다는 것을 나타내며, 이는 전송선로와 부하 사이의 좋은 임피던스 매치를 나타낸다.
입사 전력과 반사 전력이 "절대" 데시벨 단위(예: dBm)로 표현되면, dB 단위의 반사 손실은 입사 전력 Pi(절대 dBm 단위)와 반사 전력 Pr(또한 절대 dBm 단위)의 차이로 계산할 수 있다:
광학적.
광학(특히 광섬유에서)에서는 굴절률의 불연속성, 특히 광섬유 단면과 같은 공기-유리 계면에서 발생하는 손실을 의미한다. 이러한 계면에서는 광 신호의 일부가 소스 방향으로 반사된다. 이 반사 현상은 "프레넬 반사 손실" 또는 단순히 "프레넬 손실"이라고도 한다.
광섬유 전송 시스템은 레이저를 사용하여 광섬유를 통해 신호를 전송하며, 낮은 광 반사 손실
(여기서 formula_7은 반사 전력이고, formula_8는 입사 또는 입력 전력이다)은 레이저가 올바르게 전송을 중단하게 할 수 있다. 파장 분할 다중의 사용이 증가함에 따라 광 네트워크의 특성화를 위해 ORL 측정이 더욱 중요해지고 있다. 이러한 시스템은 ORL에 대한 내성이 낮은 레이저를 사용하며, 레이저에 근접한 위치에 네트워크 요소를 도입한다.
센서 배열()은 일반적으로 특정 기하학적 패턴으로 배치되어 전자기 또는 음향 신호를 수집하고 처리하는 센서 그룹이다. 단일 센서 대신 센서 배열을 사용하는 이점은 배열이 관측에 새로운 차원을 추가하여 더 많은 매개변수를 추정하고 추정 성능을 향상시키는 데 도움이 된다는 사실에 있다.
예를 들어, 빔포밍에 사용되는 무선 안테나 요소의 배열은 신호 방향의 안테나 이득을 증가시키면서 다른 방향의 이득을 감소시켜, 즉 신호를 일관되게 증폭하여 신호 대 잡음비(SNR)를 증가시킬 수 있다. 센서 배열 응용의 또 다른 예는 입사 전자기파의 도래각을 추정하는 것이다. 관련 처리 방법을 배열 신호 처리()라고 한다. 세 번째 예로는 복잡한 혼합물이나 감지 환경에서 지문 감지를 위해 여러 화학 센서를 활용하는 화학 센서 배열이 있다. 배열 신호 처리의 응용 예로는 레이더/소나, 무선 통신, 지진학, 기계 상태 모니터링, 천문 관측, 결함 진단 등이 있다.
배열 신호 처리를 사용하여 노이즈에 의해 방해받고 센서 배열이 수집한 데이터에 숨겨진 입사 신호의 시간적 및 공간적 속성(또는 매개변수)을 추정하고 밝힐 수 있다. 이를 매개변수 추정이라고 한다.
평면파, 시간 영역 빔포밍.
그림 1은 6개 요소의 균일 선형 배열(ULA)을 보여준다. 이 예에서는 센서 배열이 신호원의 원거리장에 있다고 가정하여 평면파로 취급할 수 있다.
매개변수 추정은 소스에서 배열의 각 안테나까지의 거리가 다르다는 사실을 이용하며, 이는 각 안테나의 입력 데이터가 서로 위상 이동된 복사본이 될 것임을 의미한다. 식 (1)은 배열에서 첫 번째 안테나를 기준으로 각 안테나에 도달하는 데 걸리는 추가 시간을 계산한 것으로, 여기서 c는 파동의 속도이다.