[전기회로설계실습] 설계 실습 6. 계측장비 및 교류전원의 접지상태의 측정방법 설계

문서 내 토픽

1. 계측장비 접지상태 측정

본 실험은 측정에 의해 DMM, Oscilloscope와 Function Generator의 접지상태, 즉 내부연결 상태와 입력저항을 유추하는 방법을 설계하고 이를 이용하여 계측장비의 정확한 사용법을 익히는데 의의가 있다. 220 V전원을 공급하는 벽면 소켓에서 각 단자 사이의 전압을 측정하여 실효값을 측정하였다. 오실로스코프의 값이 function generator에서 설정한 값의 약2.2배로 관찰되었다. 그리고 DMM의 측정 주파수의 따른 특성은 약 700 kHz에서 DC 전압의 50%가 측정되었다. 그리고 DC 성분이 포함된 사인파의 신호를 DMM을 이용하여 측정하였고, 오실로스코프에서 측정된 실효값과의 오차는 약 4.5%로 나타났다.
2. 주파수에 따른 계측기 성능

주파수를 증가시켰을 때 일정 주파수를 넘어가면 DMM 측정값이 감소하기 시작하였다. 특히 500 kHz를 넘어가면 DMM 측정값이 대폭 감소하기 시작하였다. 정리해보면, 높은 주파수일 때 DMM은 계측기로써 사용할 수 없을만큼 큰 변화를 보인다. 오실로스코프는 1 MHz까지 정상적으로 측정됨을 확인했지만 DMM은 100 kHz 이상에서 사용 불가인 것으로 확인했다.
3. 실효값(RMS) 확인

오실로스코프 측정값으로부터 전압을 시간의 함수를 구하고 이 전압의 실효값(이론)에 대한 DMM실효값의 오차를 구하였다. 오차율은 4.5%로 낮은 오차율로 성공적인 실험이라고 판단된다. DMM의 내부저항으로 인해 오차가 발생한다는 것을 고려해 볼 때 낮은 오차율을 보였다.
4. Oscilloscope의 접지 이해

오실로스코프의 CH1, CH2 BNC입력단자의 접지(외부금속)는 오실로스코프의 내부에서 단락(short)되어 있으므로 하나의 접지만 회로에 연결해야 한다. 이를 통해 KVL을 만족하는지 확인하였고, 오실로스코프로 전압 측정을 하는 과정에서 사용되는 내부저항의 영향으로 인해 오차율이 발생했다고 판단된다.
5. Oscilloscope의 Input impedance 이해

오실로스코프의 입력저항 때문에 전압 측정 시 큰 오차율을 보였다. 연결한 저항의 값이 오실로스코프의 입력저항인 1㏁와 가까워져 이에 따라 오실로스코프의 입력저항의 영향이 전압에 영향을 끼치게 되었다고 생각한다.
6. Oscilloscope의 External Trigger 이해

Trigger source를 CH2로 설정하고 Trigger level을 조정하여 파형이 고정되는 순간에 맞추어 놓았다. 가변저항을 변화시키면서 관찰한 결과, Trigger level보다 낮은 전압만 CH2에 들어가게 되는 경우 파형이 흔들렸다. Trigger source를 EXT로 설정하면 Function generator의 출력 파형에 의존하게 되어 가변저항을 변화시켜도 거의 고정된 파형을 보여주었다.
7. 계측기의 접지관계

Function generator와 오실로스코프의 접지(BNC connector의 외부금속) 사이의 전압을 측정한 결과 0.282mV로 0 V에 가까운 전압으로 나타났다. 이는 두 기기의 접지가 모두 벽면 소켓 내부를 통해 공통으로 접지되어 있기 때문이다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 계측장비 접지상태 측정

계측장비의 접지상태 측정은 매우 중요한 작업입니다. 정확한 측정을 위해서는 접지 저항 값을 확인하고, 접지선의 상태를 점검해야 합니다. 접지가 불량하면 측정 결과에 오차가 발생할 수 있으므로, 접지 상태를 주기적으로 확인하고 관리하는 것이 필요합니다. 또한 접지 상태에 따라 계측기의 성능과 안전성이 달라질 수 있으므로, 이에 대한 이해와 관심이 필요합니다.
2. 주파수에 따른 계측기 성능

계측기의 성능은 측정 주파수 범위에 따라 달라집니다. 일반적으로 고주파 신호를 측정할 때는 고주파 대역폭을 가진 계측기를 사용해야 하며, 저주파 신호 측정 시에는 저주파 대역폭을 가진 계측기를 사용해야 합니다. 주파수 특성을 고려하지 않고 계측기를 사용하면 측정 오차가 발생할 수 있습니다. 따라서 측정 대상 신호의 주파수 범위를 파악하고, 이에 적합한 계측기를 선택하는 것이 중요합니다.
3. 실효값(RMS) 확인

실효값(RMS)은 교류 신호의 크기를 나타내는 중요한 지표입니다. 실효값을 정확히 측정하기 위해서는 계측기의 RMS 측정 기능을 이해하고 활용해야 합니다. 특히 비정현파 신호의 경우 파형 왜곡으로 인해 실효값 측정이 어려울 수 있으므로, 이에 대한 대책이 필요합니다. 또한 실효값 측정 시 주파수 특성, 입력 임피던스 등 계측기의 성능 요소를 고려해야 합니다. 실효값 측정의 정확성은 전력 분석, 열 발생 등 다양한 분야에서 중요하므로 이에 대한 이해가 필요합니다.
4. Oscilloscope의 접지 이해

오실로스코프의 접지 상태는 측정 정확도와 안전성에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 오실로스코프의 접지가 불량하면 측정 신호에 노이즈가 발생하거나 오차가 발생할 수 있습니다. 또한 접지 불량으로 인해 감전 사고의 위험이 있으므로 접지 상태를 항상 확인해야 합니다. 오실로스코프 사용 시 접지선 연결, 접지 단자 사용 등 접지 관련 사항을 숙지하고 준수해야 합니다. 이를 통해 안전하고 정확한 측정을 수행할 수 있습니다.
5. Oscilloscope의 Input impedance 이해

오실로스코프의 입력 임피던스는 측정 대상 회로에 미치는 부하 영향을 결정하는 중요한 요소입니다. 입력 임피던스가 낮으면 측정 대상 회로에 큰 부하가 걸려 측정 결과에 오차가 발생할 수 있습니다. 반면 입력 임피던스가 높으면 측정 대상 회로에 미치는 부하가 작아 정확한 측정이 가능합니다. 따라서 측정 대상 회로의 특성을 고려하여 적절한 입력 임피던스를 가진 오실로스코프를 선택해야 합니다. 또한 오실로스코프의 입력 임피던스 설정을 확인하고 적절히 조정하는 것이 중요합니다.
6. Oscilloscope의 External Trigger 이해

오실로스코프의 외부 트리거 기능은 복잡한 신호 측정 시 매우 유용합니다. 외부 트리거를 사용하면 측정 대상 신호의 특정 지점을 기준으로 파형을 안정적으로 표시할 수 있습니다. 이를 통해 신호의 타이밍, 주기 등을 정확히 분석할 수 있습니다. 외부 트리거 사용 시에는 트리거 신호의 진폭, 주파수, 극성 등을 고려하여 적절한 설정을 해야 합니다. 또한 트리거 지연 시간, 트리거 레벨 등의 설정을 조정하여 원하는 측정 결과를 얻을 수 있습니다. 외부 트리거 기능을 효과적으로 활용하면 복잡한 신호 분석에 큰 도움이 될 수 있습니다.
7. 계측기의 접지관계

계측기의 접지 상태는 측정 정확도와 안전성에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 계측기와 측정 대상 회로 간의 접지 관계가 적절하지 않으면 노이즈 유입, 측정 오차 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 또한 접지 불량으로 인한 감전 사고의 위험이 있으므로 접지 상태를 항상 확인해야 합니다. 계측기 사용 시 접지선 연결, 접지 단자 사용 등 접지 관련 사항을 숙지하고 준수해야 합니다. 이를 통해 안전하고 정확한 측정을 수행할 수 있습니다.

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