ISOLATOR (절연변환기), TRANSMITTER(변환기), CONVERTER

`,.' 2015. 4. 8.

1. ISOLATOR (절연변환기)

ISOLATION는 변환기에 있어서 제일 중요한 역할을 하고 제일 기초가 되는 부분 으로서, 본 제품는 각종 입력(전류, 전압: mA/DC, V/DC)를 계장 콘트롤 신호로 출력하여 최적의 조건에 맞게 하여주는 계기이다.최적의 조건이란 왜란없이 절연하여 주는 기능이다.

일반적으로 ISOLATION의 방법에는 크게 두가지로 나누는데.

첫재, TRANSFORMAR TYPE

둘째, PHOTO COUPLE TYPE 이 있다.

이 두가지의 방법에 있어서 특별한 차이는 없지만 TRANSFORMAR방식은 입력/출력/전원간의 절연함에 있어서 TRANS로 절연하고, PHOTO-COUPLER 방식은 입력/츨력/전원 간의 절연을 PHOTO-COUPER로 절연하는 차이이다. 이때 이 두가지의 장단점은 아래의 도표를 참조 하시기 바랍니다

내부구성도

ISOLATOR 방법

특성비교표

NO	DESCRIPTION	PHOTO COUPLE	TRANSFOMA 방식	비고
1	V/F, F/V( 입출력/ )	LM331	전용HYBRIDE 화	온도계수안정
2	전원부	I/C :7805, 7812, 7905/12	전용HYBRIDE 화	안정도우수
3	전원방식	전환전용110/220V 60㎐	전용전압(50~60㎐)
4	제조단가	저가	고가	20%상승
5	계기오차	1.125%	0.1%
6	정밀도	1	15QOP	정밀도우수
7	응답속도	3sec	0.5SEC
8	온도안정도	입력3V : 출력= 3.003V 입력=3V : 출력=2.955V	입력=3V : 출력=3.000V 입력=3V : 출력=2.988V	상온55℃
9	소비전류	111V/18mA	111V/15mA
10	절연부분	불확실	확실
11	기타	일반적인R,C,IC,TR	5=25rpm,C,IC,TR 지정

장단점비교표

PHOTO-COUPLE

TRANSFORMAR

장점

1.제조단가가저렴

2.제품생산이쉽다.

3.전원이겸용(AC110/220)

4.PCB종류가적다.

1.온도안정도가좋다

2.온도에따라출력오차가적다.

3.출력측정밀도가정확하다

4.LINEAR 특성이좋다.

5,ISOLATION 이확실하다출력의조정폭이일정

6.ZERO/SPAN 출력의이중구조

7.ZERO/SPAN 조정시에영향을주지않는다.

8.ZERO SPAN .

9.입출력응답속도가빠르다.

10.전원부의안정도가좋다.

11.장시간동일입력시출력의변화가없다.

전원부로구성12.V/F.F/V, HYBRID

단점

1.온도안정도가떨어짐

2.온도에따른출력오차가크다

3.ISOLATION 이불확실출력의조정폭이일정4.ZERO/SPAN 하지않음.조정시에영향5.ZERO SPAN 조정시에영향

6.SPAN ZERO

7.입출력응답속도가느리다 .

8.전원부의안정도가떨어짐.

9.장시간사용시출력의변화가있다.

2. CURRENT LOOP SUPLY

위와같은 CURRENT LOOP SUPLYCONVERTER 는 일명 POWER DISTRIBUTOR 또는ISO-POWER SUPLY 라고도 불리지만 주로 TRANSMITER(압력, 레벨, 유량, 습도, 온도 등)에 구동전원이 필요한 2-WIRE TYPE에 사용된다.특히, TRANSMITTER 에는 2선식, 3선식, 4선식이 있으나 대부분의 계기는 2선식을 채택하고 있다. 이때의 기능은 한선에서 구동전원 DC24V(+)을 공급하고 그 공급된 전원으로계기의 작동에 따라 신호(4~20mA)가 출력되는데 그 신호는 다른한선을 통하여CONVERTER 입력단에 입력되게되고 이 신호를 CONVERTER에서 절연 및 증폭하여 출력하게 됩니다.

그 예로서 구성도는 아래와 같다.

위와같이 CURRENT LOOP SUPLY를 사용하게되면 별도의 DC24V POWER UNIT를 사용할 필요가 없을 뿐만아니라 별도의 ISOLATOR(SIGNAL DISTRIBUTOR)를 사용할 필요가 없으므로 콘트롤 회로가 간단하여 지는 장점이 있다.뿐만아니라 출력 또한 1POINT에서 4POINT까지 주문가능하니 출력 POINT를 조절하여시스템를 구성하면된다. 만약게 다입력 T/M를 사용할EO는 별도의 제품도 있다.

이때의 제품에는 8-CHANNEL 입력에 8-CHANNEL 출력이 가능하다

# 온도/습도,레벨 압력센서인 TRANSMITTER 2-WIRE TYPE에서 계장신호를 출력시 장거리 전송,

노이즈 방지, 상호 호환을 위하여 사용

3. RTD TRANSMITER(측온저항체 변환기)

이 변환기는 온도를 측정할 때 사용하며 측정방법은 금속인 측온저항체를 사용하는데 이 저항체

의 변환된 값을 비례하게 출력하는 계기이다. 온도 측정은 측온저항체가 가장 광범위하게 쓰이고 있는데 그 이유는 온도특성이 좋고, 온도범위가 -200~600℃에서 고정도의 출력치를 나타낼 수 있기 때문이다.

측온저항체의 종류 및 특성 비교표

NO	종류	사용온도	특성
1	백금(PT)	-200~640℃	안전성, 고정도, 온도범위, 취급용이, 온도계수가 적다
2	니켈	-50~200℃	온도계수가 큼, 온도범위가 좁다
3	동	0~120℃	온도범위가 좁다

위같이 측온저항체의 종류에는 백금,니켈 동 등이 있는데, 이 중에서 백금의 측온저항체가 제일

많이 사용되고 있는 그 특성은 위 의 도표와 같다.

그럼 잠시 금속의 특성을 알아보자.

-온도의 변화에 따라 전기저항은 증가 한다.

-순도가 높을수록 온도계수가 증가한다.

이상과 같이 금속의 저항치의 온도, 전기저항을 측정함으로써 온도를 측정할수 있다.

백금 측온저항체의 장/단점 비교표

장점

단점

고정도 및 안정도가 높다.

기준접점의 온도보상이 필요하다

직선성의 출력을 얻을 수 있다.

온도특성의 감도가 크다

온도의 범위가 넓다

고온에서 측정이 불가능하다.

진동이나 충격에 약하다.

외형이크다.

저항소자의 구조가 복잡하다.

응답성이 늦다.

배선의 저항에 의한 오차가 발생할 수 있다.

취부방법에 따라 오차가 발생하 수 있다.

4. T/C TRANSMITTER(열전대 변환기)

THEMO COUPLE CONVERTER는 각종 열전대(T/C)에서 온도계수에 따라 발생되는 기전력(mA/DC)를 CONTROL 할 수 있는 계장신호(mA, V)로 변환하여 주는 계기이다.

열전대의 원리 및 특성

열전류 발생원리

열기전력(mV)는 SEEBEK효과에 따라 서로다른 두 종류의 금속체 양단을 접속하면 두 금속에 접점 즉 기준시되는 접점과 온도를 측정할 측온접점 사이에 온도의 변화를 주게되면 그 두 접점사이에는 열기전력이 생기는데 이 열기전력에는 일정한 열전류가 발생하게 되는 이론으로서 이 이론의 발견자가SEEBEEK이므로 이름을 본떠서 ＂SEEBEEK효과“라 한다.

열기전력 발생원리

열기전력은 두금속체 A,B를 접속하고 b,b'를동일 온도로 유지시킨 상태에서 공통 접합점 a를 온도변화시키면 A,B 사이에는 열기전력이 발생되고 이 열기전력과 A점의 온도와는 일정한 비례관계를 가지고 있다는 것을 알수있다. 이러한 b,b'사이에 생기는 열기전력은 두 종류의 금속과 그 양접점 사이의 온도변화에 정해진다는 것을 알수있다.뿐만아니라 금속의 형상이나 부피, 크기에 따라 온도변화에는 영향이 미치지 않는것을알수 있다.따라서 두종류의 금속종류롸 열기전력의 크기나 한쪽 접점의 온도를 알수 있으면 다른접점의 온도를 알수 있다.

열전대의 장단점 비교표

장점

단점

온도의 범위가 광범위하다

협소한 장소에서 사용가능하다

구조가 간단하고 안정적이다

응답시간이 빠르다

가격이 저렴하다

장거리 측정에서도 용이하다

노이즈 및 측정회로의 주의가 필요하다

수명이 짧다.(고온)

기준접점이 반드시 필요하다

상온에서 보정에 주의

고정도, 고정밀이 힘들다

변환기의 내부구성도

위와같은 구성도처럼 측온저항체(백금:PT100Ω)를 사용한 SENSOR 에 의한 온도계수 변화는 R/V 변환회로에서 저항을 전압으로 변환하여 직선성과 증폭회로를 통하여 절연회로로 입력된다. 또한 절연회로(ISOLATION : TRANSFORMAR TYPE)를 통하여 전압으로변환되어 출력회로를 통하여 출력

사용용도 :에어콘, 온풍기, 보일러 온도조절, 상하수/폐수/정수 등의 펌프 부하온도체

크, 등의 다양한 온도로 사용.

열전대의 종류와 특성비교표

NO	종류	금속A	금속B	온도	특성
1	“B"TYPE	로듐30%백금	로듐60%백금	0~1700℃	고온특정가능1700℃ 보상도선이 필요없음 가격이비싸다. 가공이힘들다 "R" TYPE 에비하여특성이좋다
2	“R"TYPE	로듐13%백금	백금	0~1700℃	직선성이 좋지않다 가격이고가 저온측정이 불가능, 감도가떨어짐 표준용으로 사용가능 전기저항이 약하다,
3	“S"TYPE	로듐10%백금	백금		동일
4	“J"TYPE	철	니켈45%동콘스탄탄,	-200~600℃	K TYPE 에비해감도가좋다. 특성변화가크다,K,E 에비해저가
5	“K"TYPE	크롬10%니켈	알루멜	-200~1200 ℃	열기전력특성의직선성이좋다. 내산화성/안전성이양호 전기저항이 높다 고가, 환원성에 약하다
6	“E"TYPE	크롬10%니켈크로멜( )	니켈45%동콘스탄탄,	0~700℃	감도가 제일 좋다, K에 비해 저가내식, 내열성양호, 환원성에 약하다 전기저항 이높다.
7	“T"TYPE	동	니켈45%동콘스탄탄,	-200~200℃	저가 구입이 용이, 가공이용이 , 사용온도가 낮다, +/-측의 전기저항이 다르다

열전대의 내부 구성도

5. POTENTIOMETER TRANSMITTER

이 변환기는 POTENTIOMETER TRANSMITTER(가변저항)의 저항값을 계장신호(mA,V)로 변환하여 시스템에 적용할 수 있도록 한 계기이다.가변저항에는 여러 가지의 용량이 있으나 대체적으로 1㏀,2㏀,5㏀,10㏀이 많이 사용된다.이런 POTENTIOMETER CONVERTER의 사용 용도에는 배수 펌수장의 수문 조절 MOTOR등에서 CONTROL시 FEED BACK 신호를 계장신호로 변환하여 시스템에 적용하는데 사용된다.

내부 구성도

위와같은 변환기의 내부구성도와 같이 기준전압 발생기에서 POTENTIOMETER(가변저항)에 공급되면 가변저항의 중간 위치(COM)에서 가변저항 회전값에 비례한 저항값을 받게되는데 그 출력신호를 다음단 저드리프트 엠프리파이어를 RJCUI서 절연회로에 입력/출력 동작하게 된다. 이 때의 중요한점은 기준전압발생기 회로(안정도, 정밀도, 온도계수)의 처리와 입력신호의 저항값에 대한 노이즈처리문제가 가장 중요하므로 어떻게 처리하는 것에 제품의 성능이 좌우된다. 이 다음단에서의 동작회로는 앞에서 설명한것 같은“ ISOLATOR"와 똑같은 회로가 되므로 설명은 생략하겠습니다.이 제품의 주로 사용되는 곳은 밸브콘트롤 및 펌프콘트롤 등에 주로 사용된다.

6. REVERSE TRANSMITTER

역신호 변환기는 입력신호로서의 전압과 전류가 있는데 주로 직류전류값을 입력받아 출력을REVERSE(반대)로 하여 시스템에 적용할 수 있도록 하여주는 계기이다. 또한 REVERSE된 입력을 반대로 출력 할수도 있다.

내부 구성도

위와같은 구성도의 사용용도에는 거의 대부분 CONTROL, V/V의 위치 제어를 하는데 사용되는게 일반적이다.또한 위 내부구성도와 같은 회로에서 제일 중요한것은 신호 역변환회로를 어떻게 처리하는것에 제품의 성능이나, 정밀도등이 결정되게 되므로 제일 중요하다.그 이외의 회로는 “ISOLATOR"와 동일하다.

7. HIGH/LOW SETTER

이 변환긴는 계기 (FILD SENSOR)에서 출력되는 신호(RTD, mA ,V)를 입력받아 출력을 접점 (DRY CONTACT ：RELAY)으로 내보내는 데 이 때에 접점을 HIGH/LOW 또는 HH/H,LL/L로도 주문 출력이 가능하며, 이 때의 설정값은 수동으로 설정을 함에 있어서 지시된 상태에서 가능하도록 되어 있다. 이 때의 설정범위는 0.0~199.0.까지 가능하다.

내부 구성도

위의 구성도와 같이 입력회로는 앞제품과 동일하고 다음 회로의 상한값과 하한값의 비교회로가 있는데 이 두 비교회로에서는 D/A변환회로를 통하여 만들어지는 설정값(상,하)과 입력값을 비교하여 RELAY(HIGH/LOW)를 제어할 수 있는 출력회로로 연결되는 이 때와 상한비교회로에서는 설정값과 입력신호가 클때에는 HIGH RELAY ON, 입력신호가 작을때에는 LOW RELAY ON 하게 된다.

그런데 이 때에 제일 중요한 점은 RELAY ON/OFF시 HYSTERISIS를 갖는다는 것이다. 이것을 해결하는 것을 DEAD BAND 기능이다.그럼 HYSTERISIS에 대해서 설명하자면 설정값을 설정한 다음 입력값을 설정값에 도달하게 되면 RELAY가 연속적으로 ON/OFF를 반복하게 되는데 이 때의 값 차이가

HYSTERISIS이다. 이런 상태에서의 문제점은 RELAY의 출력값을 콘트롤하는데 있어서 모타 콘트롤이 될수 있고 밸브, 부져 기타등등 여러 가지의 용도로 사용되는데 이 때 연속동작이 이루어지면 제품의 수명, 시끄러움, 제어불능, 여러 가지의 혼란된 상태가 되기 때문에 제어분야 에서는 중요한 부분이며 소홀히 다루어서는 안된다.

또 다른 중요한 점은 RELAY의 용량이다.보통RELAY의 사용은 DC24V,AC110/220 정격전압과 사용 용량이 있는데 계기용량을 초과하여서는 안된다. 기타 주의사항은 노이즈 제거문제, 수명문제등이 있는데 이 문제 또한 대책을 강구할 필요가 있다.

8. PULSE CONVERTER(F/I,I/F,F/F)

이 변환기는 유량계와 밀접한 관계가 가장 많은 제품이다.유량계의 출력신호가 대부분 PULSE/4~20mA 신호로 출력되기 때문에 이신호를 응용하여 제어할수 있는 계장용신호로 변환하고자 할때 사용하는계기이다.그럼 여기서 PULSE의 종류에 대해서 간단히 설명을 하겠습니다.

PULSE의 종류에는 크게 4가지로 나눌수 있다.

1)OPEN COLLECTOR(오픈 콜렉터)

2)VOLTAGE PULSE(전압펄스)

3)CURRENT PULSE(전류펄스)

4) DRY CONTACT(RELAY : 접점 펄스)

위와같은 펄스에 대해서 4~20mA/1~5V를 PULSE로 변환하는 것을 I/F CONVERTER라고 한다.

또한 PULSE를 PULSE로 변환하고자 할때 는 F/F CONVERTER 이라고 한다.

1) OPEN COLLETOR

펄스종류에서 제일 많이 사용되고 있는 것으로서 트랜지스터의 무접점출력으로서비교적 높은 주파수대를 형성하고 있다.그렇지만 저희 제품은 두가지 제품을 체택하고 있다.

저주파수용은 0.125㎐~5㎐이고 고주파수용은 5㎐~5㎑로 나누어져 있다. 또한 중요한점은 별도의 DC VOLTAGE +전원이 꼭 필요하다는 점이다.+전원은 12V/24V 가 있으나 12V를 거의 대부분 사용하며, +전원의 저항(R)값은 송/수신측의 계기사양을 검토하여 TR의 요향에 맞게 끔 설정하는것이 중요하다.