전계장품을 다루는 엔지니어는 기초적으로 알고 교육받는 내용이지만 비 전기계통 엔지니어 입장에서는 다소 생소한 단어입니다. 플랜트 산업에서 사용되는 트랜스 미터와 같은 계측 장비는 일반적으로 4-20mA Current 를 사용합니다. 본문에 대한 내용은 왜 0-20mA Current가 아닌 4-20mA(아날로그 신호 국제표준)를 사용하는가 에서 출발합니다. 아래 사진은 아날로그 신호를 사용하는 계측 장치의 데이터 시트의 일부를 캡처한 것으로 출력신호(Output signal)로 4-20mA 를 사용하는 것을 알 수 있습니다.
먼저 용어 이해에 앞서 단어의 의미를 먼저 살펴보겠습니다.
- Live : 자동사로는 살아있다를 뜻합니다.
- Dead : 형용사로 "죽은" 을 의미합니다.
- Zero : 숫자 0을 의미하면서 제로점, 원점, 측정 및 제어에서는 어떠한 상태의 기준 출발점이 되는 것을 의미함니다.
이를 조합해보면 살아있는 원점(Live Zero) 혹은 죽은 원점(Dead Zero) 이라 직역할 수 있습니다.
Live Zero & Dead Zero의 정의
Live Zero의 정의는 전기신호를 표준으로 사용하기 위한 것으로 원점인 0보다 높게 표기하는 것을 말합니다. 일반적으로 4 mA를 Live Zero 점으로 사용하는 데 이 목적은 회로의 전원 손실 및 기타 원인에 의한 전력 손실을 고려하기 위한 것입니다. 다시 말해 0 mA 에서는 확인할 수 없는 전력 손실을 명확히 확인하여 제어의 안전성을 확보하고 자동 제어를 가능하게 하는 것이지요. 계측 장치류와 같이 4-20mA를 출력 신호를 사용하는 장치류의 부품 고장 및 신호 손실을 Zero 점 즉 Dead Zero (0 mA)로 확인할 수 있게 함으로 신호 정확도를 향상시키는 것 입니다. 아날로그 신호의 Live Zero 값은 >3.98mA 값을 적용하는데 이는 2선식 트랜스 미터의 경우 작동에 최소 mA 이며 안정적인 신호 전송을 위해 필요한 값이기 때문입니다.
이는 공기압력(Pneumatic)을 이용한 신호 방식에서도 동일하게 적용됩니다. 공압 신호는 20kpa~103.4 kpa를 Live Zero 로 적용하는데 공압이 0이 되는 것은 출력이 0% 즉 신호가 0의 개념을 적용하게 되는 것입니다.
이처럼 아날로그 시그날과 공압 시그날 모두 Live Zero 값을 적용해서 신호를 감지하는 것을 출력 감지 모니터링이라 하며 이는 공정변수에 대비하고 신뢰성 및 제어의 안정성을 확보하게 되는 것 입니다.
아날로그 Live Zero 표준 신호 범위
- 4-20 mA
- 2-10 mA
- 2-10 V
- 1-5 V
- 20 kPa~103.4 kPa
결론
위의 내용을 간략히 정리해 보면 다음과 같습니다.
- Live Zero : 4-20mA를 아날로그 표준 신호로 Live Zero 라 정의 합니다. 0이 될 경우 신호 출력이 0% 되며 이는 Dead Zero가 된 것으로 회로 및 부품의 고장을 명확히 확인하여 제어 및 공정변수의 운전 안정성 및 신뢰성을 확보하는 것으로 아날로그신호를 사용하는 트랜스미터에 꼭 필요한 것입니다.
모르면 계속 모르는 알면 별거 아닌 Live Zero 의 정의였습니다.
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