측정기

측정기(測定器)는 측정하는 데 쓰는 기계나 기구를 통틀어 이르는 말이다.

개요

측정은 일정한 양을 기준으로 하여 같은 종류의 다른 양의 크기를 잼을 의미하며 재고자 하는 대상에 따라 다용한 종류의 기계나 기구를 사용하여 결과를 수치적으로 표현한다. 이때 부분적으로 마이크로미터, 캘리퍼스와 같은 계측기를 사용하여 많은 경우는 계측기와 측정기를 혼용하기도 하는데 사실상 구분되는 점이 있다.

마이크로미터와 버니어캘리퍼스는 모두 길이, 특히 두께를 재는 기구로 계측기이며 측정에도 사용하는 측정기라고 표현해도 무방하다. 2차원 측정기, 3차원 측정기와 같은 투영기는 대상 물체를 스테이지에 놓고 밑에서 빛을 비추면 대상 물체의 윤곽이 스크린에 투영되는 원리를 이용하여 측정을 진행한다. 단 이러한 투영기는 계측기가 아니며 측정기라고만 표현을 해야 하는 것이 정확하다. 전문적인 도막 측정기도 마찬가지로 계측기가 아니며 측정기에 속한다.

계측기는 주로 지시(Indication)와 기록(recording)의 기능을 갖는 반면, 여러 산업에 사용되는 측정기는 지시와 기록뿐만 아니라 제어(control)의 기능을 갖는 경우가 대부분이다. 물론 계측기를 사용하여 측정할 수도 있어 크게 보면 계측기는 측정기에 속한다고 볼 수 있다.

그렇다고 계측이 측정에 속하는 것은 아니다. 반면에 계측은 측정보다 훨씬 넓은 내용을 함축한 말이다. 계측의 주제는 측정이며 개개의 경우에 따라 가장 적합한 측정 방법을 연구하여 그것을 실현할 장치와 설비, 즉 측정기를 설계 및 제작하고, 그 장치와 설비로 측정하여 측정 결과에 따른 연산(演算)과 필요한 정보를 얻으며, 이 정보를 바탕으로 어떤 조치를 취하는 것 등을 포함한다. 즉 측정하는 것에 관련된 일체의 과학 및 기술을 의미한다. 산업에서 측정기 등 측정에 관한 장치나 장비에 관한 업종을 계측 산업이라고 한다.

측정기를 다루는 계측 산업은 첨단 기술 산업으로 국내외를 비롯해 모든 산업분야에서 활용되고 있다. 응용산업분야는 전자, IT 산업을 시작으로 기계와 의료, 우주, 농수산 등으로 광범위하다. 전자 산업을 세분화하면 반도체 산업과 통신 산업, 가전 산업, 컴퓨터 산업 등으로 구분할 수 있고, 여기에 우주 항공, 방위 산업 등으로 계측 산업이 확대되고 있다.

측정기 사용 방식

측정기 방식에는 편위법, 영위법, 치환법, 보상법 등이 있는데, 이들 방법은 측정물의 형상, 정도, 용도, 범위 등을 고려하여 적절한 방식을 택하여 측정하여야 한다.

편위법(Deflection Method)

측정물의 작용에 의하여 계측기의 지침에 변위를 일으켜, 이 변위를 눈금과 비교하여 측정치를 얻는 방법으로써 다이얼 게이지, 전류계, 전압계 등 일반적인 계측기가 이 방식이다. 정밀도가 낮은 것이 보통이며, 조작이 간단하여 널리 사용된다.

영위법(Zero Method)

측정하려고 하는 양과 같은 크기의 기준량과 측정물을 평형시켜 계측기의 값이 영(0)을 나타낼 때 기준량의 크기로부터 측정값을 구하는 방법으로써 마이크로미터, 휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge), 전위차계 등이 이 방식이다. 일반적으로 미리 알고 있는 양의 정밀도는 사람의 눈금을 보는 것과 보다 정확하므로 정밀도가 높은 측정을 할 수 있다.

치환법(Substitution Method)

지시량과 미리 알고 있는 양으로부터 측정량을 아는 방법으로써, 예를 들어 다이얼게이지를 이용하여 길이를 측정하는 경우에 블록게이지를 놓고 측정한 후 측정물을 측정하였을 때 지시 눈금의 차를 읽고 사용한 블록 게이지의 높이를 알면 측정물의 높이를 구할 수 있다.

보상법(Compensation Method)

측정량과 크기가 거의 같은 알고 있는 양을 준비하여 측정량과의 차이로부터 측정량을 알아내는 방법이다.

측정기 분류

측정기는 일반적으로 계측기를 포함하며 크게 아날로그(analog)와 디지털(digital) 측정기로 나눌 수 있으며 용도별로는 도기(Standard), 인디케이터(Indicator), 지시 측정기(Indicating Measuring Instrument), 시준기(視準器), 게이지(Gauge) 등으로도 나눌 수 있다.

아날로그 및 디지털 측정기기 장단점

지시 방식에 따른 분류

아날로그 측정기

아날로그 측정기는 측정량을 지침의 위치로 압력 크기를 표시한다. 측정량을 연속적으로 표시기에 변환해 나타내기 때문에 지침을 보는 방법에 따라 개인차가 생기기 쉽고, 고정밀의 측정에 부적합하며 대부분 일반적인 용도로 사용하여 일반 계측기로 볼 수 있다.

디지털 측정기

디지털 측정기는 압력의 측정치를 불연속적인 수치로 표시하는 방식이다. 또한 게이트(gate)와 인버터(inverter) 플립-플롭(flip-flop) 등과 같은 2진 논리를 사용해 계측 기능을 수행한다. 디지털 측정기는 측정량이 수치로 표시되기 때문에 개인 오차가 없고 고정밀의 측정이 가능하다. 특히 측정 결과를 계산 및 처리, 판단, 정리가 가능해 현재 대부분의 산업분야에서 사용되고 있다. 이 밖에도 컴퓨터 시스템 내에서의 인터넷 원격 제어 기능 등을 활용할 수 있다는 장점을 가지며 측정기를 다루는 계측 산업에서 주류에 해당된다.

용도에 따른 분류

도기(Standard)

일정한 길이나 각도를 눈금이나 면으로 표시하여 구체화한 것을 말한다.

• 선도기(Linear standard) : 2개의 눈금(선과 선)의 간격을 일정한 길이로 연속적으로 나타낸 것으로, 표준 자, 강철 자 등이 여기에 속한다.
• 단도기(End standard) : 블록게이지와 같은 것으로 단도기는 2개의 단면이 평행, 평면이고, 단면이 직사각형인 막대 모양의 게이지, 즉 두 단면 사이의 간격으로 길이를 나타낸다. 블록 게이지, 각도 게이지, 직각자, 표준 게이지 등이 여기에 속한다.

인디케이터(Indicator)

일정량의 조정이나 지시에 사용하는 것으로, 측정 압력을 일정하게 하기 위한 측정기 등이 여기에 속한다.

지시 측정기(Indicating Measuring Instrument)

측정 중에 표점이 눈금에 따라 이동하거나 눈금이 기준선을 따라 이동하는 측정기로, 버니어 캘리퍼스, 마이크로미터, 지침 측미기 등이 여기에 속한다.

시준기(視準器)

광학식으로 광을 확대하여, 측정하기 위한 시준선 또는 조준선을 측정물에 맞추어 사용하는 측정기로, 현미경, 망원경, 투영기 등이 여기에 속한다.

게이지(Gauge)

측정할 때 움직이지 부분을 갖지 않는 것을 말한다. 일반적으로 측정기의 가동 부분을 고정하면 게이지가 된다. 드릴 게이지, 반지름 게이지, 피치 게이지, 한계 게이지 등이 여기에 속한다.

최첨단 측정기

최첨단 기술을 사용한 측정기를 특성별로 구분하면 피측정물에 신호를 공급하는 신호 공급원과 공급한 신호들이 피측정물을 경유해 어떠한 결과를 측정/분석하는 신호분석기, 이 두 가지를 제어하는 컨트롤러를 들 수 있다. 신호 공급원에 해당하는 계측기는 신호 발생기와 파워서플라이, 데이터 발생기가 있고, 신호분석기로는 오실로스코프와 주파수 카운터, 신호분석기, 네트워크 분석기, LCR 미터, 디지털 미터 등이 있다. 또한 컨트롤러는 PC를 비롯해 엔지니어링 워크스테이션과 소형 또는 중형의 테크니컬 컴퓨터가 용도에 맞게 활용된다.

네트워크 분석기(Network Analyzer)

네트워크 분석기는 아날로그 회로 분석의 가장 중요한 기기 중 하나로, R&D에서 회로 최적화에 사용되고 있다. 특히 통신과 오디오, 비디오, 기타 전자기기의 품질 개선 및 소형화, 생산비 절감을 위해서 정확한 측정과 각 부품 및 회로의 설계 최적화가 필요해 넓은 측정 범위, 고주파 안정성, 고도의 정확성, 빠른 처리 속도가 요구된다.

디지털 스토리지 오실로스코프(Digital Storage Osilloscope)

디지털 스토리지 오실로스코프는 디지털 메모리에 바이너리로 파형을 저장하는 고속의 A/D 컨버터의 실현으로 탄생했다. 또한 샘플링의 고속화나 다기능화로 다채널화, 새로운 유저 인터페이스 등의 성능 향상뿐만 아니라 사용도 용이하다. 오실로스코프는 변화하는 전기신호를 눈으로 볼 수 있도록 CRT(Cathode Ray Tube)에 표시해 전기 신호를 측정할 수 있는 반면, 디지털 오실로스코프는 그동안 아날로그 오실로스코프의 단점으로 지적되어 왔던 순간적으로 발생해 소멸하는 단발 현상(Single Shot)이나 음성, 진동 등 불규칙한 파형의 관측, 측정된 신호의 정지 및 확대/축소 등 여러 가지의 분석에 적합하도록 설계됐다. 디지털 오실로스코프의 기본 원리는 입력단자를 통해 들어온 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 ADC가 디지털 신호로 변환 후 반도체 메모리에 저장해 측정이 완료되면 저장된 신호를 표시장치에 표시한다.

디지털 스토리지 오실로스코

로직 분석기(Logic Analyzer)

로직 분석기는 마이크로프로세서의 비약적인 발전으로 개발 시스템의 복잡화 및 다양화에 따라 하드웨어 디버깅뿐만 아니라 시스템의 펌웨어 디버깅을 할 수 있는 기능도 제공한다. 또한 디지털 시스템의 디버깅을 효율적으로 하기 위해 많은 채널수가 요구되고 채널을 통해 입력되는 신호를 저장 및 측정 점의 입력 신호를 중지시켜 필요한 정보를 CRT에 디스플레이시켜 신호를 분석한다.

로직 분석기(Logic Analyzer)

스펙트럼 분석기(Spectrum Analyzer)

스펙트럼이란 파장이나 주파수대로 나열한다는 의미를 가진다. 또한 전기적으로는 시간 영역(Time domain)에서 주파수영역(Frequency domain)으로 변환시킨다는 의미기 있다. 스펙트럼 분석기는 오실로스코프가 시간 영역에서 신호를 보여주는 것처럼 주파수 영역에서의 신호를 보는 수단을 제공한다. 따라서 다양한 측정이 가능하며 대표적인 측정항목으로는 하모닉 왜곡 측정, 상호 변조 측정 등이 있다.

스펙트럼 분석기(Spectrum Analyzer)

오실로스코프(Oscilloscope)

오실로스코프는 기본적으로 시간에 따른 전압 변화의 정보를 CRT(Cathod Ray Tube)를 통하여 파형 형태로 표현하고, 사용자는 표현된 파형을 보고 측정 회로를 분석하는 데 사용된다. 표시되는 파형은 측정되는 신호의 모양뿐만 아니라 진폭, 주파수 등과 두 신호 간의 위상관계를 비교하는 데도 사용된다. 오실로스코프는 전자공학의 모든 분야에 가장 광범위하게 사용되며 측정 장비 중에서 가장 손쉽게 접근할 수 있다.

오실로스코프(Oscilloscope)

측정기 선택 시 고려 사항

측정기 선택 시에는 시간, 노력, 비용의 절감, 요구되는 측정값의 정밀도 등을 위해서 용도와 목적에 적합한 측정기를 사용하여야 한다. 보다 정확하고 신뢰성 있는 결과를 얻기 위하여 다음의 사항을 고려하여 측정기를 선정하여야 한다.

• 측정 대상 : 측정물, 종류
• 측정 환경 : 장소, 조건
• 측정량 : 소량 또는 다량
• 측정 방법 : 자동 또는 수동, 측정기 적합성 여부 판단, 데이터 기록
• 측정기 성능 : 측정 정밀도 및 범위, 분해능, 취급 문제, 내구성
• 측정기 가격 : 유지비, 측정에 소요되는 부대비용 등

참고자료

• 〈측정기〉, 《네이버 국어사전》
• rokmc9378, 〈제목〉, 《측정기 분류》, 2014-04-07
• 김창수 기자, 〈계측기의 이해, 최첨단 기술산업을 보는 바로 미터〉, 《스마트앤컴퍼니》, 2013-06-13

같이 보기

• 기계
• 기구
• 계측
• 측정
• 계측기

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