변위 측정

변위는 기준위치에 대한 물체나 형상의 위치변화이며, 따라서 상대적인 측정을 의미한다. 절대길이는 표준 길이요소의 두 점 사이의 변위를 측정하여 구할 수 있다. 하지만 측정축이 길이요소와 평행이 되도록 주의를 기울여야만 한다. 변위 측정의 신뢰성을 검증하기 위해서 적절한 길이표준을 사용할 수 있다. 변위를 만들어내는 과정에서 길이나 각도의 변화를 기록할 수도 있다.
 접촉식 변위센서는 프롭는 사용하여 물리적인 접촉을 통해서 물체의 직선위치를 측정한다. 접촉식 센서들은 프로브의 선단부 위치를 측정하는 방법에 따라서 기계식과 전자기식으로 구분할 수 있다.
 인디케이터는 가장 일찍 개발된 변위측정기구들 중 하나이며, 기계식 장치이다. 스프링예하중을 받는 플런저의 끝에 접촉식 프로브가 설치되어 전진 또는 후진할 수 있다. 그리고 플런저의 움직임은 랙과 피니언 기구를 사용하여 추적한다. 인디케이터의 표시기구로 아날로그 다이얼이 사용되는 경우에는 원형으로 배치되어 있는 눈금들의 중심에서 표시침이 회전하면서 측정위치를 가리킨다. 더 최근에는 디지털 표시기가 전통적인 다이얼을 대체하고 있다. 다이얼 방식의 테스트 인디케이터는 앞에서와는 다른 기하학적 구조를 가지고 있다. 어떤 형태의 인디케이터가 적합한가는 측정의 유형과 인디케이터를 설치할 공간의 제약에 의존한다. 일부 더 정밀한 인디케이터의 경우에는 마이크로미터 이하의 분해능을 구현할 수 있다.
 선형가변차동변압기(LVDT)는 강자성체 코어의 기계적 변위를 전기신호를 변환시켜서 접촉식 플런저의 위치를 측정한다. 선형가변차동변압기의 하우징 내부에는 세 개의 솔레노이드 코일들이 강자성체 코어에 대해서 동축선상으로 배치되어 있다. 중앙부 코일을 주코일이라 부르며, 양쪽에 배치된 코일을 2차 코일이라고 부른다. 교류전류가 주코일에 공급되면 양쪽의 2차 코일에 전압이 유도된다. 2차 코일들은 서로 직렬로 연결되어 하나의 회로를 구성하고 있으며, 출력 전압은 두 코일에 유도된 전압의 차이와 같다. 각 2차 코일들에 유도된 전압은 각 2차 코일 속에 위치한 코어의 길이에 비례한다. 코어가 중앙에 위치하여 두 2차 코일들이 서로 동일한 코어길이를 차지하고 있으며, 출력 전압은 0이 된다. 차동출력의 크기는 변위를 나타내는 반면에 출력신호의 위상은 방향을 나타낸다. 코어와 솔레노이드 코일들 사이에는 마찰이 없기 때문에, 선형가변차동변압기는 수명 사이클이 비교적 길고 코어와의 전기적 연결이 필요 없다. 게다가 선형가변차동변압기의 작동원리때문에 극한온도나 강한 진동과 같은 가혹한 환경하에서도 사용할 수 있다. 선형가변차동변압기는 0.5마이크로미터부터 500밀리미터까지의 범위를 측정할 수 있다. 미소측정범위를 가지고 있는 선형가변차동변압기의 경우에는 수 나노미터에 불과한 기계식 프로브의 변위 분해능을 가지고 있다. 
 비첩촉 변위센서는 전자기장을 생성하면 측정대상 물체의 표면접근을 측정하기 위해서 물체에 가해진 전자기장에 따른 응답을 검출한다. 측정대상물체와의 물리적인 접촉이 없기 때문에, 이런 형태의 센서들은 손상받기 쉬운 물체의 위치 측정에 특히 유용하다. 정전용량형 센서와 유도형 센서들이 산업계에서 일반적으로 사용되는 비접촉 변위센서들이므로, 이들에 대해서 살펴보기로 한다. 이런 센서들을 사용하여 위치를 측정하기 위해서는 측정대상이 도전체여야 한다. 즉, 전자기장이 부가되었을 때에 소재 내에서 전자가 흐를 수 있어야 한다. 선형차동변압기에서와 마찬가지로 이 계측기의 측정 분해능은 일반적으로 측정범위가 줄어들수록 향상되며, 최대 측정범위에 대한 비율로 사양이 제시된다. 
 정전용량형 센서는 서로 마주보는 두 도전성 표면들 사이에 생성되는 상호 정전용량 원리에 따라서 작동한다. 상호정전용량은 표면들 사이에 전위 차이를 부가하여 전하를 전달한다. 정전용량형 센서에서는 평행판 커패시터를 구성하는 두 개의 도전성 표면들 중 하나가 센서표면으로 사용되며, 나머지 표면이 표적물체가 된다. 디바이스 구동을 위해 교류전류가 공급되며, 이로 인하여 두 포면 사이에는 전위차이가 생성된다. 센서를 사용하여 이 전위차를 측정하며, 이를 거리측정값으로 변환시킨다.
 소재의 종류는 위치 측정에 영향을 미치지 않는다. 그런데 정전용량방식의 변위 측정은 간극충진물에 민감하게 반응하며, 센서와 표적 사이에 공기만 존재하는 경우에 가장 높은 신뢰성을 갖는다. 정전용량형 센서의 측정범위는 10마이크로미터에서 10밀리미터이다. 정전용량형 변위 센서는 높은 샘플링 주파수와 나노미터 분해능을 갖추고 있다. 이보다 더 좋은 측정범위에 대해서는 나노미터 미만의 분해능을 구현할 수 있다.