KR101191152B1 - 가변 저항을 이용하여 영점 조정을 하는 포텐시오미터 - Google Patents

Abstract

회전체의 회전 각도에 해당하는 전압을 출력하는 연산 증폭기(operational amplifier)와, 전원 전압 V_cc와 접지의 양단에 연결된 가변 저항 VR₁와, 상기 전원 전압 V_cc와 접지의 양단에 연결되고 상호 간에 직렬 연결된 가변 저항 VR₂ 및 고정 저항 R₁을 포함하고, 상기 가변 저항 VR₁의 저항값 VR₁_R₂가 상기 회전체의 회전 각도에 따라 변화하고, 상기 상기 회전 각도에 따라 변화된 저항값 VR₁_R₂의 양단 전압 V_VR₁_R₂가 상기 연산 증폭기의 제1 입력단으로 입력되고, 상기 연산 증폭기에서 출력되는 전압이 0이 되도록 하기 위해 상기 가변 저항 VR₂의 저항값이 수동 가변되고, 상기 수동 가변되는 가변 저항 VR₂의 저항값에 따라 상기 고정 저항 R₁의 양단 전압 V_R₁이 상기 연산 증폭기의 제2 입력단으로 입력되도록 구성될 수 있다. 이에 따르면, 추가적으로 부가된 가변 저항을 이용하여 연산 증폭기의 출력 전압을 모니터링하면서 영점 정렬을 수행함으로써, 보다 용이하게 빠르게 포텐시오미터의 영점 정렬을 할 수 있는 효과가 있다. 특히, 체결 공구를 이용하여 샤프트의 장착과 분리를 반복 수행하는 시행 착오를 겪을 필요가 없으므로, 시간이나 노력이 절감된다.

Description

가변 저항을 이용하여 영점 조정을 하는 포텐시오미터{POTENTIOMETER FOR ALIGNING USING VARIABLE RESISTOR}

본 발명은 포텐시오미터에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 가변 저항을 이용하여 영점 조정을 하는 포텐시오미터에 관한 것이다.

포텐시오미터(potentiometer)는 회전체의 회전각을 측정하기 위한 센서이다. 포텐시오미터는 회전체에 장착된 샤프트(shaft)의 회전각에 따라 비례하는 전압치를 출력하여 회전각을 측정하도록 구성되어 있다. 그런데, 종래의 포텐시오미터는 회전체의 회전 중심점과 포텐시오미터의 영점을 정렬하기가 매우 어렵다. 대개의 경우 샤프트 즉, 포텐시오미터의 영점을 회전체의 회전 중심점에 맞추기 위해 여러 번 회전각을 변경하면서 맞추게 되며, 정확하게 정렬하기도 용이하지 않다. 이하, 도 1을 참조하여 종래의 포텐시오미터의 구조를 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 포텐시오미터의 회로도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 포텐시오미터는 연산 증폭기(operational amplifier)와 가변 저항 VR₁, 전원 전압 V_cc로 구성된다.

여기에서, 포텐시오미터의 구조는 다음과 같다. 먼저, 가변 저항 VR₁의 양단은 전원 전압 V_cc와 접지에 연결되도록 구성된다. 그리고 연산 증폭기의 제1 입력단에는 0 [V]의 전압이 인가되고, 제2 입력단에는 가변 저항 VR₁에 의해 조정되는 저항값 VR₁_R₂에 걸리는 전압 V_VR₁_R₂가 인가된다. 회전체의 장착되는 샤프트(미도시)는 가변 저항 VR₁의 노브(knob)에 연결되게 된다.

다음으로, 포텐시오미터의 동작은 다음과 같다. 여기에서, 회전체가 회전함에 따라 즉, 샤프트가 회전함에 따라 샤프트의 회전각에 비례하여 가변 저항 VR₁의 저항값 VR₁_R₂가 변하게 된다. 이에, 제2 입력단에는 회전각에 따라 변하는 전압 V_VR₁_R₂가 인가된다. 그리고 제1 입력단에 인가되는 0 [V]의 전압과 제2 입력단에 인가되는 V_VR₁_R₂의 전압차에 의해 출력 전압 V_o가 변하게 된다. 출력 전압 V_o는 회전각에 비례하므로 회전각을 측정할 수 있게 된다.

그런데, 최초에 샤프트가 회전체에 장착될 때, 제1 입력단의 인가 전압과 제2 입력단의 인가 전압이 각각 (1/2)?V_CC이어야 V_o의 전압이 V_VR₁에 인가되는 1/2의 전압으로 출력됨으로써, VR₁의 중심점인 영점 정렬이 이루어질 수 있다. 이때, 샤프트의 장착 시 기계적으로 정확한 영점 정렬을 기대하기는 매우 어렵다. 그리하여, 체결 공구를 이용하여 샤프트의 장착을 여러 번 시도하거나 포텐시오미터의 영점 정렬을 위해서 여러 번 회전하는 등의 반복적 시도가 이루어질 수밖에 없다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 가변 저항을 이용하여 영점 조정을 하는 포텐시오미터를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 목적에 따른 가변 저항을 이용하여 영점 조정을 하는 포텐시오미터는, 회전체의 회전 각도에 해당하는 전압을 출력하는 연산 증폭기(operational amplifier)와, 전원 전압 V_cc와 접지의 양단에 연결된 가변 저항 VR₁와, 상기 전원 전압 V_cc와 접지의 양단에 연결되고 상호 간에 직렬 연결된 가변 저항 VR₂ 및 고정 저항 R₁을 포함하고, 상기 가변 저항 VR₁의 저항값 VR₁_R₂가 상기 회전체의 회전 각도에 따라 변화하고, 상기 상기 회전 각도에 따라 변화된 저항값 VR₁_R₂의 양단 전압 V_VR₁_R₂가 상기 연산 증폭기의 제1 입력단으로 입력되고, 상기 연산 증폭기에서 출력되는 전압이 0이 되도록 하기 위해 상기 가변 저항 VR₂의 저항값이 수동 가변되고, 상기 수동 가변되는 가변 저항 VR₂의 저항값에 따라 상기 고정 저항 R₁의 양단 전압 V_R₁이 상기 연산 증폭기의 제2 입력단으로 입력되는 것으로 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 고정 저항 R1의 저항값이 상기 가변 저항 VR₁의 전체 저항값의 1/2인 것이 바람직하다.

상기와 같은 가변 저항을 이용하여 영점 조정을 하는 포텐시오미터에 따르면, 추가적으로 부가된 가변 저항을 이용하여 연산 증폭기의 출력 전압을 모니터링하면서 영점 정렬을 수행함으로써, 보다 용이하게 빠르게 포텐시오미터의 영점 정렬을 할 수 있는 효과가 있다. 특히, 체결 공구를 이용하여 샤프트의 장착과 분리를 반복 수행하는 시행 착오를 겪을 필요가 없으므로, 시간이나 노력이 절감된다.

도 1은 종래 기술에 따른 포텐시오미터의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 저항을 이용하여 영점 조정을 하는 포텐시오미터의 회로도이다.
도 3a는 회전체의 회전 각도를 측정하기 위한 샤프트의 장착 전 구조도이다.
도 3b는 회전체의 회전 각도를 측정하기 위한 샤프트의 장착 후 구조도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 저항을 이용하여 영점 조정을 하는 포텐시오미터의 회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 저항을 이용하여 영점 조정을 하는 포텐시오미터(이하, '포텐시오미터'라 함)는 연산 증폭기(operational amplifier), 전원 전압, 가변 저항 VR₁, 가변 저항 VR₂ 및 고정 저항 R₁을 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 포텐시오미터는 연산 증폭기의 출력 전압을 모니터링하면서 가변 저항 VR₂의 저항값을 가변적으로 조정하여 영점 정렬을 수행함으로써, 보다 용이하게 빠르게 포텐시오미터의 영점 정렬을 할 수 있다. 종래의 포텐시오미터처럼 체결 공구를 이용하여 샤프트의 장착과 분리를 반복 수행하는 시행 착오를 겪을 필요가 없다. 이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.

먼저, 포텐시오미터의 구조에 대하여 설명한다.

가변 저항 VR₁의 양단은 전원 전압 V_cc와 접지에 연결되도록 구성된다. 그리고 상호 직렬로 연결된 가변 저항 VR₂ 및 고정 저항 R₁의 양단 역시 전원 전압 V_cc와 접지에 연결되도록 구성된다. 그리고 연산 증폭기의 제1 입력단에는 가변 저항 VR₁의 저항값 VR₁_R₂의 양단에 걸리는 전압 V_VR₁_R₂가 인가된다. 그리고 연간 증폭기의 제2 입력단에는 고정 저항 R₁의 양단에 걸리는 전압 V_R₁이 인가된다. 한편, 가변 저항 VR₁의 노브(knob)에는 회전체에 체결 및 장착되는 샤프트(shaft)가 고정 연결되도록 구성된다. 도 3a는 회전체의 회전 각도를 측정하기 위한 샤프트의 장착 전 구조를 나타내고, 도 3b는 회전체의 회전 각도를 측정하기 위한 샤프트의 장착 후 구조를 나타낸다.

도 3a를 참조하면, 샤프트 장착 구조(10)에서 회전체(11)와 회전 축(12)이 있고, 샤프트(13)가 브라켓(14) 및 체결구(15)와 결합되어 회전축(12)에 장착되도록 구성되어 있습니다. 도 3b는 샤프트(13)와 브라켓(14)이 체결구(15)에 의해 결합되고, 결합된 채로 회전축(12)에 고정되도록 구성되어 있음을 알 수 있습니다. 이에, 회전축(12)이 회전함에 따라 샤프트(13)도 회전하게 되며, 샤프트(13)의 회전에 따라 이에 고정 연결된 노브(미도시)도 같이 동작하여 가변 저항 VR₂의 저항값이 변하게 된다.

다음으로, 포텐시오미터의 동작에 대하여 설명한다.

가변 저항 VR₁의 저항값 VR₁_R₂에는 전원 전압 V_cc에 의해 V_VR₁_ R₂의 전압이 형성되는데, 이때 형성된 전압 V_VR₁_R₂가 연산 증폭기의 제1 입력단으로 인가된다. 이때, 인가되는 전압 V_VR₁_R₂는 샤프트(13)가 브라켓(14)을 통해 회전축(12)에 장착된 상태에서 회전체(11)의 회전 중심점과 연산 증폭기의 영점 간의 정렬 오차에 해당되는 값이 된다고 볼 수 있다.

한편, 연산 증폭기의 제2 입력단에는 고정 저항 R₁의 양단에 형성되는 전압 V_R₁이 인가된다. 이때, 전압 V_R₁은 고정 저항 R₁에 직렬로 연결된 VR₂의 저항값에 따라 달라지게 된다.

회전체(11)의 회전 중심점과 포텐시오미터의 영점을 정렬하기 위해서는 연산 증폭기의 출력 전압 V_o가 0 [V]가 되도록 하면 된다. 그렇게 하기 위해서는, 연산 증폭기의 제1 입력단에 인가되는 전압 V_VR₁_R₂와 제2 입력단에 인가되는 전압 V_R₁이 동일해야 한다. 이와 같이, 양 전압 V_VR₁_R₂와 V_R₁을 동일하게 하게 위해서는 가변 저항 VR₂의 저항값을 조절하여 고정 저항 R₁에 형성되는 전압 V_R₁을 전압 V_VR₁_R₂에 일치시키면 된다. 전압 V_VR₁_R₂는 샤프트(13)의 회전에 따라 정해진 소정의 값이면 되고, 영점 정렬은 가변 저항 VR₂의 노브(knob)를 수동으로 조정하면 되므로, 종래보다 훨씬 용이하게 영점 정렬을 수행할 수 있게 된다. 즉, 샤프트(13)를 회전축(12)에 장착하거나 분리하는 등의 동작을 반복적으로 수행할 필요가 없게 된다.

한편, 고정 저항 R₁의 저항값은 가변 저항 VR₁의 전체 저항값의 1/2인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 샤프트(13)가 회전축(12)에 장착될 때, 저항값 VR₁_R₁과 저항값 VR₁_R₂가 거의 동일하다고 볼 수 있으므로, 저항값 V_VR₁_R₂와 저항 R₁의 값을 어느 정도 근사화시키는 것이 적절하기 때문이다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 회전체의 회전 각도에 해당하는 전압을 출력하는 연산 증폭기(operational amplifier);
   전원 전압 V_cc와 접지의 양단에 연결된 가변 저항 VR₁ 및
   상기 전원 전압 V_cc와 접지의 양단에 연결되고 상호 간에 직렬 연결된 가변 저항 VR₂ 및 고정 저항 R₁을 포함하고,
   상기 가변 저항 VR₁의 저항값 VR₁_R₂가 상기 회전체의 회전 각도에 따라 변화하고, 상기 상기 회전 각도에 따라 변화된 저항값 VR₁_R₂의 양단 전압 V_VR₁_R₂가 상기 연산 증폭기의 제1 입력단으로 입력되고,
   상기 연산 증폭기에서 출력되는 전압이 0이 되도록 하기 위해 상기 가변 저항 VR₂의 저항값이 수동 가변되고, 상기 수동 가변되는 가변 저항 VR₂의 저항값에 따라 상기 고정 저항 R₁의 양단 전압 V_R₁이 상기 연산 증폭기의 제2 입력단으로 입력되는 것을 특징으로 하는 가변 저항을 이용하여 영점 조정을 하기 위한 포텐시오미터.
2. 제1항에 있어서, 상기 고정 저항 R₁의 저항값이,
   상기 가변 저항 VR₁의 전체 저항값의 1/2인 것을 특징으로 하는 가변 저항을 이용하여 영점 조정을 하기 위한 포텐시오미터.

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