위상(phase)의 측정

위상(phase)의 측정

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진동을 통한 설비진단을 하기 위해서 기본적으로 알고 있어야 할 용어 중에서 진폭과 주파수 그리고 위상(phase) 등이 있다. 이 것은 수많은 설비진단을 위한 분석분야 용어 중에서 세가지를 꼽으라고 해도 아마 전혀 이상하지 않을 정도로 많이 사용되고 있다. 이 것이 의미하는 바는 이 세가지 용어를 알지 못한다면 분석을 할 수 있는 것이 아니라는 뜻이며 또한 이 것을 측정하지 못한다면 분석할 수 없다는 것으로 간주할 수도 있다는 것이다. 이 중에 위상(phase)을 어떻게 측정하는 지 그 방법을 알고 있는가?

위상의 측정방법

위상은 ‘기준에 대한 비교각도’를 의미한다. 각도는 원(circle)에 대해서 표시할 수 있으므로 degree(°)또는radian(π)으로 기록한다. 위상은 측정결과의 목적에 따라서 크게 두 가지로 분류할 수 있는데 절대위상과 상대위상이 그 것이다.

먼저 절대위상을 설명해 보면, 회전기계의 회전수는 원을 그대로 구현하였다 볼 수 있으므로 회전하는 축에 달린 어떤 반사판 혹은 돌출된 도체, 기어이빨의 반복여부를 인식하여 회전당 펄스(pulse)를 구하여 측정한다. Tachometer, key phasor, encoder 등으로 부르는 센서를 통해 이 펄스가 있는 기준위치를 0°로 하는데 이 기준위치와 비교하여 측정된 다른 파형(진동, 전기, 또는 다른 물리량)의 피크(peak)의 위치를 위상이라 하는 것이다. 즉, 절대위상은 회전센서의 기준점과의 위치를 비교한다고 할 수 있다. 따라서 우리가 흔히 ‘위상차이’를 위상이라고 혼용하기도 한다.

두 번째 상대위상이 있는데 이는 반복하여 거동하는(진동) 두 물체 사이의 동일지점에서의 각도차이를 의미한다고 할 수 있다.  이 상대적인 위상이 같으면 같은 거동, 다르면 반대거동을 추정할 수 있는데 이를 이용하여 ODS(Operational deflection shape)를 구해내기도 한다. 이 상대적인 위상도 진동을360로 표현하는 방법에서 출발 한 것으로 결국 절대위상이든 상대위상이든 어떤 ‘비교’를 통한 값의 표현이라고 할 수도 있을 것이다.

실질적으로 절대위상측정을 하는 방법의 구체적인 방법은 우선 RPM센서를 설치하고 원하는 센서(진동 등)를 읽어서 시간의 반복된 구간을 도시하여 비교지점을 체크하여 그 차이를 직접 각도로 환산하여 읽는 방법, 두 번째 이 두 센서를 모두 읽고 위상을 표시해 주는 계측기를 사용하는 방법이 있다.  상대위상은 마찬가지로 두 가지 센서로부터 출력되는 피크의 위치를 출력하여 비교각도를 읽는 수동적인 방법을 사용하거나 Cross channel phase analysis기능을 탑재한 계측기를 통해 읽는 방법이 있다.

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