현장 배선 및 센서 실습

Question 1

10K Type II 서미스터의 온도가 25°C(77°F)입니다. 컨트롤러에서 측정되어야 하는 저항은 얼마입니까?

Accepted Answer

10000 Ω. 명칭의 10K가 바로 기준 곡선점입니다. 25°C에서 10,000 Ω입니다. Type II와 Type III는 모두 이 지점에서 10 kΩ을 지나고, 이 온도에서 멀어질수록 서로 다른 곡선을 따릅니다. "실온의 센서는 약 10 kΩ"이라는 것이 현장 건전성 점검 기준입니다. 컨트롤러 값을 믿기 전에 센서를 직접 측정하세요. 실온에서 3 kΩ이나 30 kΩ이 나온다면 실제 온도보다 배선 고장이나 잘못된 센서 유형을 먼저 의심해야 합니다.

Question 2

10K 서미스터의 저항은 전 범위에서 온도 1도당 같은 옴 수만큼 변하므로, 선형 스케일로 저항을 온도로 정확하게 변환할 수 있습니다.

Accepted Answer

거짓. 서미스터의 저항-온도 곡선은 매우 비선형이며 지수 함수 형태입니다. 고온보다 저온에서 1도당 저항 변화가 훨씬 큽니다. 따라서 컨트롤러는 단일 기울기가 아니라 서미스터 유형별 조회 곡선이나 Steinhart-Hart 계수를 저장합니다. 선형으로 처리하면 범위 양 끝으로 갈수록 오차가 커집니다. 반면 RTD는 비교적 선형이므로 기울기와 오프셋만으로도 대부분의 범위를 잘 근사할 수 있습니다.

Question 3

100Ω 백금 RTD를 긴 케이블로 연결합니다. 일반적으로 2선식 대신 3선식으로 결선하는 이유는 무엇입니까?

Accepted Answer

세 번째 전선으로 입력 회로가 리드선 저항을 상쇄할 수 있습니다. 상쇄하지 않으면 이 저항이 온도 상승으로 측정됩니다. RTD는 온도를 저항으로 측정합니다. 구리 리드선 자체의 저항도 소자와 직렬로 더해지므로, 배선이 길면 입력이 그 저항을 온도 상승으로 해석합니다. 3선식은 입력 회로가 리드선 저항을 측정해 빼도록 하여 RTD 소자만의 저항을 읽게 합니다. 4선식 RTD(진정한 켈빈 센싱)는 리드선 저항을 더욱 완전하게 상쇄하므로 실험실 수준의 정확도가 필요할 때 사용합니다. 2선식은 배선이 짧을 때만 적합합니다.

Question 4

압력 트랜스미터 두 대가 각각 컨트롤러에 연결되어 있습니다. 하나는 0–10 V, 다른 하나는 4–20 mA입니다. 각 루프의 현장 전선이 끊어지면 컨트롤러는 무엇을 읽습니까?

Accepted Answer

0–10 V 입력은 약 0 V를 읽어 정상적인 저압처럼 보입니다. 4–20 mA 입력은 라이브 제로인 4 mA보다 낮은 0 mA를 읽어 고장으로 표시할 수 있습니다. 현장 배선에 4–20 mA를 사용하는 핵심 이유입니다. 0–10 V 신호에서 0 V는 정상 값, 즉 범위의 0%입니다. 따라서 단선도 약 0 V로 읽혀 실제 저압과 구별할 수 없습니다. 4–20 mA는 라이브 제로를 사용하여 범위의 0%가 0 mA가 아니라 4 mA입니다. 약 3.8 mA보다 낮다면 단선, 전원 상실 또는 개방 단자이므로, 컨트롤러는 그 값을 정상으로 받아들이지 않고 고장으로 표시할 수 있습니다.

Question 5

4–20 mA 트랜스미터의 측정 범위가 0–250 psi로 설정되어 있습니다. 컨트롤러가 12 mA를 읽을 때 압력은 몇 psi입니까?

Accepted Answer

125 psi. 12 mA는 4–20 mA 스팬의 정확한 중간입니다. (12 − 4) / (20 − 4) = 8/16 = 50%이므로 0–250 psi 범위의 50%인 125 psi입니다. 16 mA 스팬 대신 20으로 나누면 60%, 즉 150 psi가 되는 함정에 주의하세요. 라이브 제로가 있으므로 먼저 하한 4 mA를 뺀 뒤 전체 20이 아니라 16 mA 스팬으로 나눕니다.

Question 6

직접 디지털 제어기(DDC)에서 AI 포인트와 AO 포인트의 차이는 무엇입니까?

Accepted Answer

AI는 센서에서 들어오는 아날로그 신호를 읽고, AO는 액추에이터나 드라이브로 아날로그 신호를 출력합니다. AI는 Analog Input(아날로그 입력)입니다. 10K 서미스터, 4–20 mA 트랜스미터, 0–10 V 습도 센서처럼 현장에서 들어오는 연속 신호를 컨트롤러가 측정합니다. AO는 Analog Output(아날로그 출력)입니다. 0–10 V 댐퍼 액추에이터, 4–20 mA 밸브, VFD 속도 지령처럼 장치 위치나 출력을 조절할 연속 신호를 컨트롤러가 생성합니다. 하나는 감지하고 다른 하나는 신호를 내보내는 서로 다른 회로이므로 액추에이터를 입력 단자에 연결할 수 없습니다. 두 상태를 다루는 디지털 대응 포인트는 BI/BO입니다.

Question 7

"2선식" 4–20 mA 트랜스미터에는 도체 두 가닥만 연결됩니다. 이 장치는 어떻게 전원을 공급받습니까?

Accepted Answer

변조하는 전류 루프 자체에서 전원을 얻습니다. 트랜스미터가 싱크하는 4–20 mA가 전원이기도 하므로 루프에서 보통 24 VDC의 직류 전원을 공급해야 합니다. 2선식(루프 전원식) 트랜스미터는 전류 루프에 직렬로 연결되어 흐르는 전류를 4 mA에서 20 mA 사이로 조절하며, 그 전류가 전자회로의 전원 역할도 합니다. 장치가 동작하려면 일정한 전류가 필요하므로 최솟값이 4 mA이며, 이것이 제로가 "활성" 상태인 또 다른 이유입니다. 다만 루프에 실제 DC 전원이 있어야 합니다. 컨트롤러 입력이 수동형이라 루프 전원을 제공하지 않으면 외부 24 VDC 전원 공급 장치를 추가해야 하며, 그렇지 않으면 아무 값도 읽히지 않습니다. 3선식 트랜스미터는 전원과 신호 도체를 분리합니다.

Question 8

기술자가 차폐 아날로그 케이블의 드레인선/차폐를 패널 쪽과 현장 장치 쪽 모두에서 접지했습니다. 접지를 많이 할수록 좋다고 생각했지만 신호 잡음이 더 커졌습니다. 무엇이 잘못되었습니까? 패널 쪽: 차폐 → 접지 ✓ 현장 쪽: 차폐 → 접지 ✓ ← 양쪽 접지 증상: 이전보다 아날로그 값의 잡음 증가

Accepted Answer

두 접지점의 전위가 다르면 양쪽 접지로 차폐에 접지 루프 전류가 흐르고 이 전류가 신호에 잡음을 결합시킵니다. 차폐는 한쪽 끝에서만 접지해야 합니다. 차폐는 간섭 전류를 접지로 흘려보내지만 한쪽 끝에서만, 관례적으로 패널/컨트롤러 쪽에서 접지해야 합니다. 양 끝을 접지하면 건물 내 두 접지점 사이에 약간의 전위차만 있어도 차폐를 따라 전류가 흐릅니다. 이 접지 루프 전류가 차폐가 막아야 할 잡음원이 되어 신호 쌍에 그대로 결합됩니다. 패널 쪽에서 드레인선을 연결하고 장치 쪽 차폐는 절연해 접지 루프를 끊으세요.

Question 9

현장 접점이 동작하고 배선의 도통도 정상이지만 이진 입력 상태가 전혀 바뀌지 않습니다. 가장 가능성이 큰 구성 오류는 무엇입니까?

Accepted Answer

접점은 소싱 입력에 연결되었지만 컨트롤러는 싱킹을 기대하거나 그 반대여서 입력의 공통 기준이 잘못된 쪽에 있습니다. 디지털 입력은 회로가 닫히는 것을 감지하지만 전류가 어느 방향으로 흐르도록 설계되었는지가 중요합니다. 싱킹 입력은 현장 장치가 단자를 공통선/0 V 레일 쪽으로 끌어내리기를 기대하고, 소싱 입력은 전원 쪽으로 끌어올리기를 기대합니다. 무전압 접점을 입력이 기대하는 극성과 반대로 결선하거나 입력 공통선을 잘못된 레일에 연결하면 접점이 닫혀도 입력은 기대한 상태 변화를 감지하지 못합니다. 컨트롤러의 입력 배선도를 확인해 공유 공통선을 어느 쪽에 연결해야 하는지 확인하세요. 많은 입력은 점퍼나 구성으로 방식을 선택할 수 있습니다.

Question 10

10K 서미스터 입력의 곡선이 저온 = 고저항으로 설정되어 있습니다. 센서로 가는 전선이 완전히 끊겨 개방 회로가 되면 표시 온도는 어느 방향으로 갑니까?

Accepted Answer

저온 한계에 고정됩니다. 개방 회로는 무한대 저항처럼 보이고 10K 곡선에서는 고저항이 저온을 뜻합니다. 10K 서미스터는 온도가 낮을수록 저항이 커집니다. 따라서 개방 회로, 즉 사실상 무한대 저항은 표시값을 저온 한계로 보냅니다. 온화한 날 외기 센서가 −40°F를 표시한다면 실제 날씨가 아니라 단선이나 느슨한 단자의 전형적인 징후입니다. 단락된 센서, 즉 거의 0Ω은 반대로 고온 한계에 고정됩니다. 극저온이면 개방, 극고온이면 단락을 의심하는 식으로 값만 보고도 고장 방향을 추론할 수 있습니다. 0–10 V 또는 4–20 mA 센서의 고장 양상은 다르며, 다른 문항에서 다룬 라이브 제로의 장점이 여기에 있습니다.

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