변환기

출력 에너지는 입력 에너지와 종류는 다르지만 어떤 알려진 관계를 가진다.

원래 이 말은 기계적 자극을 전기적 출력으로 바꾸는 장치를 말하는 것이었으나 그 의미가 확장되어서, 열·복사선·소리·변형·진동·압력·가속도 등 자극의 모든 형태를 감지하여 기압이나 유압 등과 같은 비전기적 신호로 출력하는 장치들까지 포함하게 되었다. 확성기, 열전쌍, 마이크로폰, 전축의 픽업과 마찬가지로 많은 측정·감지 장치들은 일종의 변환기라고 말할 수 있다. 변환기는 종류가 수백 가지인데 대부분 이것들이 수행하는 에너지 변환에 의해서 이름지어진다.

마이크로폰(microphone)

예를 들어 압전변환기는 전압을 걸어 운동을 일으키거나 변형률이 생겼을 때 전기적 신호를 발생시킨다. 여기서 변형률에 따라 전기신호를 발생시키는 압전변환기는 가속계, 압전 진동 픽업, 변형 게이지 등에 응용한다. 전기음향변환기는 전기신호를 음향신호로 바꾸거나 이것의 역변환을 한다. 예를 들어 수중청음기는 물에서 발생한 음파에 감응하며 수중 음향 탐지에 쓰인다.

광전변환기는 가시광선에 반응하여 전기 에너지를 만들며 광전지를 포함하여 여러 유형의 광전변환기가 있다. 전자기변환기는 커다란 집단을 이루며 주된 범주로 차동변환기, 홀 효과 자기변환기, 인덕턴스 변환기, 유도변환기, 가포화반응로 등이 있으며 이들 모두 전자기 원리에 따라서 작동한다(압전체 장치).

전기적 변환기는 능동형과 수동형으로 분류한다.

능동형 변환기는 자극에 대해 직접 반응하여 전류나 전압을 발생시킨다. 한 예로써, 열전쌍은 연결된 두 금속의 접합점들이 서로 다른 온도에 있으면 연결된 회로를 따라서 전류가 흐른다는 사실을 이용해 전기를 일으킨다. 수동형 변환기는 자극을 주면 정전용량·저항·인덕턴스와 같은 수동적 전기량의 변화를 가져오며 보통 부가적 전기 에너지를 필요로 한다.

수동형 변환기의 간단한 예를 들면 긴 철사와 여기에 접속된 가변 접촉부로 이루어진 장치가 있는데, 접촉부의 위치가 철사의 유효길이를 결정하며 이것은 곧 흐르는 전류에 대한 저항의 변화에 연결된다. 이른바 선형-변위 변환기 또는 선형 전위차계라 부르는 장치의 간단한 형태이며, 실용적인 목적에서는 감긴 철사, 얇은 필름, 인쇄배선회로를 이용함으로써 상대적으로 작은 장치 안에 긴 저항기를 갖는 것을 가능하게 한다.

저항기가 길수록 흐르는 전압 강하가 커지므로 위치의 변화가 전기적 신호로 변환된다.

변환기는 출력을 수압식이나 기압식으로 낼 수도 있다. 기압장치는 압축공기를 이용해서 정보를 전달하며 기체 노즐에 가까워지거나 멀어질 수 있는 차폐장치가 피벗 장치를 통해 기체의 흐름과 강약에 따라 운동을 전달하는 장치가 한 예이다. 자폐장치에 의해 생긴 저항은 노즐 뒤쪽에서 그 뒤의 압력에 영향을 주어 기압신호를 만든다.

수압장치는 기압 대신 수압을 사용하는 점을 제외하면 기압장치와 비슷하게 설계된다. 두 유체 흐름 사이의 작용에 적용하는 유체공학적 원리는 이미 수압식 변환기를 만들기 위한 목적으로 사용해왔다. 의미상 약간의 차이를 제외한다면 변환기·감지기·검출기·등은 일반적으로 동의어로 간주한다.