측정 및 계측: 연습 문제와 시험 문제

전기 회로로 물리량을 측정하는 방법을 다룹니다. 휘트스톤 브리지, 스트레인 게이지와 로드셀, 작은 센서 신호를 처리하는 증폭기, 계측기에 의한 측정의 부하 효과입니다.

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이 강의의 주제

측정 및 계측 시험 팁

브리지는 두 개의 분압기입니다. 각 노드 전압을 구한 뒤 빼세요.
변형률은 보통 마이크로 스트레인으로 주어집니다. 500 µε는 0.0005입니다.
능동 게이지의 개수를 세세요. 1/4, 1/2, 풀 브리지에 따라 출력이 최대 4배까지 달라집니다.

예제 풀이

휘트스톤 브리지와 스트레인 게이지쉬움

그림의 휘트스톤 브리지를 R₃를 조정하여 평형시킵니다. R₁ = 250 Ω, R₂ = 300 Ω, R₄ = 150 Ω입니다. 설정값 R₃을(를) 구하시오.

R₁ = 250 ΩR₂ = 300 ΩR₄ = 150 Ω

구하는 값: R₃ (Ω)

힌트 보기

평형에서는 두 분압기가 같은 전압을 줍니다: V_a = V_b.
R₁/R₂ = R₃/R₄.
R₃ = R₁·R₄/R₂.

정답과 단계별 풀이 보기

휘트스톤 브리지: 두 개의 분압기가 하나의 전원 V_s를 공유합니다. 왼쪽 분압기 R₁–R₂는 V_a = V_s·R₂/(R₁ + R₂)를, 오른쪽 분압기 R₃–R₄는 V_b = V_s·R₄/(R₃ + R₄)를 주며, 출력은 V_ab = V_a − V_b입니다. 브리지는 R₁/R₂ = R₃/R₄, 즉 R₁·R₄ = R₂·R₃일 때 평형(V_ab = 0, 계기에 전류가 흐르지 않음)입니다. 출력 단자에서 보면 브리지는 R_th = R₁∥R₂ + R₃∥R₄인 테브난 전원입니다.

평형 조건

R₁·R₄ = R₂·R₃

미지 저항

R₃ = 250·150/300 = 125 Ω

답

R₃ = 125 Ω

평형에서는 공급 전압이 중요하지 않습니다.

데이터 수집과 표본화보통

입력 범위 0~5 V인 8비트 ADC가 절사합니다: 출력 코드는 1 LSB = V_FSR/2ᴺ일 때 ⌊V_in/LSB⌋입니다. 입력이 2.125 V일 때 십진수 출력 코드 D을(를) 구하시오.

N = 8V_FSR = 5 VV_in = 2.125 V

구하는 값: D

힌트 보기

먼저 LSB 하나의 크기를 구하세요.
1 LSB = 5/256 = 19.53 mV.
입력을 LSB로 나누고 정수 부분만 취하세요.

정답과 단계별 풀이 보기

ADC 분해능: N비트 변환기는 풀스케일 범위 V_FSR을 0부터 2ᴺ − 1까지 2ᴺ개의 코드로 나눕니다. 한 스텝은 1 LSB = V_FSR/2ᴺ로, 변환기가 나타낼 수 있는 가장 작은 변화입니다. 절사형 ADC는 코드 ⌊V_in/LSB⌋를 주고, 반올림형 ADC는 참값에서 ½ LSB 넘게 벗어나지 않으며 이것이 양자화 오차입니다. 비트가 하나 늘 때마다 LSB는 절반이 되고, 풀스케일 사인파에 대한 이상적인 신호 대 양자화 잡음비 SQNR = 6.02·N + 1.76 dB는 약 6 dB 높아집니다. 범위에서 분해능 r을 얻으려면 2ᴺ ≥ 범위/r을 만족하는 가장 작은 N을 고르세요.

스텝 크기

1 LSB = 5/2⁸ = 19.53 mV

코드

V_in/LSB = 2125/19.53 = 108.8

코드 = ⌊108.8⌋ = 108

답

D = 108

이진수로는 01101100입니다.

연습 방법

“이 강의 연습하기”는 실제 시험처럼 모든 주제의 문제를 섞어서 냅니다.
문제마다 값이 새로 바뀌므로 답이 아니라 푸는 방법을 익히게 됩니다.
막혔나요? 먼저 작은 힌트를 열고, 필요할 때만 전체 해설을 보세요.
모의고사는 제한 시간이 있고 힌트가 없으며, 끝나면 점수와 함께 전체 풀이를 검토할 수 있습니다.

이 강의의 계산기

직렬 및 병렬 저항 계산기 분압기 계산기 연산 증폭기 이득 계산기 테브난 및 노턴 등가 회로 계산기 옴의 법칙 계산기(전압, 전류, 저항, 전력)저항 색 코드 계산기(띠 4개, 5개, 6개)