전위차계

요약 일반적으로 전압을 나누는 목적으로 만들어진 가변저항을 뜻한다. 또는 가변저항을 사용하여 전위차가 0이면 전류가 흐르지 않는 원리를 이용하여 만든 전압계를 뜻하기도 한다.

두 개의 직렬로 연결된 저항이 기전력을 주는 전원에 연결되어 있다면, 저항 비로 기전력(전압)을 나누어 가지게 된다. 가변저항의 스위치 위치를 바꾸는 것은 두 직렬 저항의 합을 일정하게 유지하면서 각각의 저항값을 크게 하거나 작게 하는 것이다. 결과적으로 기전력을 나누어서 필요한 전압을 조절하는 목적으로 가변저항을 사용할 수 있다. 이러한 가변저항을 전위차계라고 한다.

이러한 가변저항의 성질을 이용하면 전압계를 구성할 수 있는데, 이러한 기기도 전위차계라고 부른다. 전위차계는 두 개의 같은 크기의 물통의 같은 위치에 구멍을 뚫어 관으로 연결한 장치와 비교할 수 있다. 오른쪽 물통에 들어 있는 물의 양을 측정하려는 대상이라고 하면 왼쪽 물통은 측정기라고 할 수 있다. 왼쪽 물통에 일정한 양의 물을 넣고 관을 가로막는 판을 제거했을 때, 물이 흐르지 않으면 양쪽에 같은 양의 물이 있는 것이다. 즉, 오른쪽에 들어 있는 물의 양을 측정하게 된다.

물통의 예는 양쪽의 압력이 같아지면 관을 통해 물이 흐르지 않는 원리를 이용한 것인데 이와 유사하게 전위차계는 양쪽(전위차계의 측정부와 측정하고자 하는 대상)의 전압이 같아지면 전류가 흐르지 않는 원리를 이용한다.

전압계로써의 전위차계 회로
아래 [그림]에서 측정하고자 하는 외부전압(Ex)에 전위차계가 연결되어 있지 않으면 검류계(G) 가 연결된 AC 부분의 회로는 없는 것과 같다. 즉, 이 부분에는 전류가 흐르지 않으며 전위차계 내부의 전압(Eb)와 AB 사이의 저항으로 이루어진 아랫부분의 닫힌 회로에 아무런 영향도 주지 않는다. 이 경우에 AB 사이의 저항에는 전위차계 내부의 전압(Eb)과 같은 전압이 생긴다. 또 A쪽이 B쪽보다 전위가 높고, AC와 BC 사이의 저항의 길이비율로 전압(Eb)를 나누게 된다. 즉, C가 AB사이의 저항의 중간 부분에 있으면 AC와 BC사이에 같은 크기의 전압(Eb/2)이 생긴다. 측정하고자 하는 외부전압(Ex)을 연결하고 C의 위치를 바꾸면서 검류계(G)에 전류가 흐르지 않도록 하면 AC사이의 저항에 생기는 전압이 외부전압이 된다.

가변저항 R은 미세조절을 위한 것이며 표준전압(Es)은 전위차계의 눈금이 정확한지 확인하기 위한 용도이다. 즉, 외부전압(Ex)을 측정하기 전에 알고 있는 표준전압(Es)을 연결하고 계기판이 이 전압 값을 가리키도록 C를 위치시킨다. 하지만 이때 검류계(G)에 전류가 흐른다면 계기의 눈금이 정확하지 않은 것이므로 가변저항 R을 조금 조절하여 검류계(G)에 전류가 흐르지 않도록 전위차계를 바로잡는다.

[그림]