왜 LVDT는 정밀도가 아니라 ‘선형성’으로 성능을 판단할까?

변위를 측정하는 센서는 크게 디지털 게이지(접촉식, 전자식)와 LVDT(유도형 변위 센서)로 나뉩니다.
둘 다 미크론 단위의 정밀 측정이 가능하지만, 성능을 판단하는 기준이 아예 다릅니다.

디지털 게이지 → 분해능·반복정밀도·표시 정밀도
LVDT → 선형성(리니어리티)

많은 분들이 “LVDT도 정밀도를 숫자로 표기하면 되지 않나?”라고 묻지만,
LVDT는 구조적으로 분해능보다 선형성이 훨씬 더 중요한 센서입니다.
이번 글에서는 그 이유를 완전히 정리해드립니다.

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1. 디지털 게이지는 ‘분해능과 정확도’

디지털 게이지는 내부적으로 광학 스케일(Optical Scale) 또는
자기식(Magnetic Interference Scale)을 사용하므로 다음 개념이 성능을 결정합니다.

• 최소 표시 단위(Resolution)

• 반복성(Repeatability)

• 정확도(Accuracy)

이들은 스케일의 눈금 간격과 전자식 판독기의 성능에 의해 결정됩니다.
즉, 구조 자체가 분해능에 의해 정밀도가 따라가는 계측 방식입니다.

이런 계측기에서는
“0.001mm(1μm) 분해능 → 고정밀”이런 공식이 바로 적용됩니다.

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2. LVDT는 구조적으로 분해능이 ‘무한대’에 가까운 센서

LVDT는 코일(1차·2차)과 철심(코어)의 상대적 위치로 전압을 만드는 방식이므로
전기적으로는 이론상 매우 연속적인 아날로그 변화를 갖습니다.

즉, LVDT에는 디지털 게이지처럼 눈금 또는 스케일이 존재하지 않습니다.
그래서 LVDT는 구조적으로 분해능 제한이 없음에 가깝습니다.

LVDT 분해능을 결정하는 요소는 스케일이 아니라:

• 아날로그 회로의 노이즈

• 신호 증폭기 컨디션

• 필터링 방식

• 케이블·환경 노이즈

이런 외부 요소입니다.

▶ 결론
LVDT는 센서 자체의 분해능으로 성능을 판단하는 것이 의미가 없음
(분해능은 거의 무한정 확보 가능하므로)

그래서 제조사들도 분해능 스펙을 잘 쓰지 않습니다.

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3. LVDT의 진짜 성능은 “출력이 얼마나 직선에 가깝게 따라가는가”

LVDT는 아날로그 전압 변화로 측정하기 때문에,
아무리 출력이 부드럽고 연속적이어도 비선형 구간이 존재한다면 정확하게 측정할 수 없습니다.

쉽게 말하면:

• 움직이면 반응은 잘함

• 그러나 3mm일 때 2.98mm로, 7mm일 때 7.12mm로 출력될 수 있음

이 오차가 바로 선형성(Linearity) 오류입니다.

LVDT 품질 = 출력이 이상적인 직선 특성을 얼마나 잘 따라가는가

즉, 선형성 오차가 적을수록 고품질 LVDT.
그래서 스펙 시트에는 대부분 이렇게 표기합니다:

• Non Linearity: ±0.1%FS

• Non Linearity: ±0.25%FS

센서가 길게 움직이는 범위(F.S 전체)에서평균적으로 얼마나 일관성 있게 측정하는지가 핵심 성능이기 때문입니다.

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4. 왜 LVDT는 리니어리티가 그렇게 중요한가?

■ 1) LVDT는 “제어용 센서”이기 때문
LVDT는 다음 공정에서 서보 제어의 입력 신호로도 사용됩니다.

• R2R 장력/갭 제어

• 에어실린더 포지션 제어

• 금형 프레스 변위 모니터링

• 모션 스테이지 위치 피드백

여기서 가장 중요한 것은 출력의 일관성입니다.

리니어리티가 나쁘면:

• 저속 제어에서 튐

• 중간 구간에서 오차 증가

• 0점–중간–끝점의 편차 발생

• 캘리브레이션이 불가능한 영역 발생

즉, 실제 길이 5mm가 4.9mm로 읽히면
문제는 단순 “정확도 오류”가 아니라 장비 제어 자체가 흔들립니다.

■ 2) LVDT는 절대값보다 ‘비례 관계’가 더 중요
디지털 게이지는 절대값 측정이 핵심입니다.
반면 LVDT는 변화량·비례성이 중요합니다.

예: 장력 제어에서 0.2mm 변화 → 장력 20N 변화
이런 관계가 정확해야 합니다.

그 관계를 보장하는 것이 바로 선형성입니다.

 

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결론: LVDT 성능 = “선형성”이 전부라고 해도 과언이 아니다

LVDT는 본질적으로 아날로그 센서이기 때문에
정확도·분해능의 개념보다 선형성(Linearity)이 가장 중요한 성능 지표입니다.

▶ 정리하면:

• LVDT는 스케일이 없어 분해능이 구조적으로 매우 높음 → 분해능으로 성능 비교 불가

• 대신 “실제 변위 ↔ 출력 전압” 관계가 직선이어야 정확한 측정 가능

• 장비 제어에서 리니어리티가 품질과 안정성을 좌우

• 그래서 LVDT 제조사는 모두 “Linearity ±0.XX%FS”를 가장 큰 스펙으로 표시함

결국 LVDT는
“얼마나 일관되게, 비례적으로 출력하느냐”이 한 가지 성능이 전체 품질을 결정합니다.