7단계 전도식 수위 표시(conductive level indicator)는 탐침 전류부터 확인합니다

물에 잠긴 두 탐침이 한 입력의 경로를 만듭니다

전도식 수위 감지(conductive level sensing)는 물에 직접 닿는 두 도체 사이의 전류를 이용합니다. 절연된 전극으로 물에 닿지 않고 변화를 읽는 정전용량식과는 원리가 다릅니다. 여기서는 공통 탐침 하나를 직류 9–12 V의 양극에 연결하고, 높이가 다른 탐침 P1–P7을 각각 47 kΩ 저항을 거쳐 ULN2004 입력으로 보냅니다. 공통 탐침과 해당 높이의 탐침이 모두 물에 잠겨 물이 전기를 통하게 해야 입력 경로가 생깁니다. 물 표면의 높이만으로 전압이 정해지는 것은 아닙니다.

ULN2004 달링턴 배열(Darlington transistor array)은 일곱 입력으로 일곱 출력을 제어하는 부품입니다. 달링턴은 트랜지스터 두 개를 이어 작은 입력으로 더 큰 출력 전류를 끌어내리는 구성입니다. 아래 표의 핀 번호는 이 16핀 ULN2004 회로에서 탐침을 아래에서 위로 읽은 연결입니다. 표의 화살표는 칩 안으로 들어간 신호가 대응 출력의 표시등을 제어한다는 뜻이지, 입력 전류가 표시등을 직접 통과한다는 뜻이 아닙니다.

LED1–LED6은 녹색, LED7은 적색으로 나타낸 구성입니다. 발광다이오드(light-emitting diode, LED)는 전류가 한 방향으로 흐를 때 빛을 냅니다. 위 표는 배선이 의도한 순서이지, 물을 채워 얻은 시험 결과가 아닙니다. 공통 탐침이 물에 잠기지 않거나 탐침 표면에 절연성 오염이 생기면, 물 높이가 탐침에 닿아도 해당 경로가 닫히지 않을 수 있습니다.

47 kΩ과 물 저항을 함께 놓고 입력을 확인합니다

각 47 kΩ은 물과 탐침이 만드는 경로에 직렬로 있습니다. 젖은 경로의 저항을 R_W라고 하면, 입력 회로의 다른 전압 강하를 무시한 전류 상한은 대략 I_probe < V_supply/(47 kΩ + R_W)입니다. V_supply는 실제 공급 전압이고, R_W는 물의 성질·탐침 간격·젖은 면적·표면 상태에 따라 달라지는 값입니다. R_W=0인 가장 유리한 가정을 해도 9 V에서는 9/47 kΩ≈0.19 mA, 12 V에서는 12/47 kΩ≈0.26 mA를 넘지 않습니다. ULN2004 입력에도 내부 저항과 접합 전압이 있으므로 이것은 실제 입력 전류가 아니라 느슨한 상한입니다. 물의 저항이 커지면 전류는 더 줄어듭니다.

ULN2004에는 입력 전압과 출력 부하에 따른 켜짐 조건이 있습니다. 앞의 0.19–0.26 mA만으로 그 조건을 만족한다고도, 반드시 실패한다고도 말할 수 없습니다. 특히 표시등과 버저가 한 출력에 함께 걸리면 요구하는 출력 전류가 달라집니다. 실제로 쓸 물과 탐침 형상, 최저 공급 전압에서 젖은 탐침에 연결된 칩 입력 핀의 전압, 해당 출력 핀의 전압, 표시등 전류를 측정하십시오. 물의 저항을 한 번 잰 숫자만으로 계절이나 수질이 바뀐 뒤의 동작까지 보증하지 않습니다.

출력은 전류를 끌어내리고, 9번 COM은 전원 핀이 아닙니다

일곱 ULN2004 출력은 오픈 컬렉터(open collector) 방식입니다. 해당 입력이 충분히 켜지면 출력 핀이 낮은 전위로 내려가며, +9–12 V → 1 kΩ → LED → ULN2004 출력 → 8번 핀(접지, GND)으로 전류가 흐르도록 그려져 있습니다. 출력이 스스로 양극 전압을 내는 구조가 아닙니다. 각 LED의 전류는 공급 전압뿐 아니라 LED의 순방향 전압 V_F와 켜진 출력의 전압 강하 V_CE(on)에 따라 대략 I_LED≈(V_supply−V_F−V_CE(on))/1 kΩ이 됩니다. 이 식은 부품을 고르기 위한 출발값이며, LED 종류나 ULN2004의 실제 전압 강하가 제시되지 않았으므로 고정된 밝기나 전류를 약속하지 않습니다. 일곱 출력을 함께 켤 때에는 각 채널과 칩 전체의 발열도 확인합니다.

가장 높은 단계의 16번 출력에는 LED7과 버저(buzzer)가 각각 양극 쪽으로 이어져 있습니다. 두 부하가 같은 출력 전류를 나눠 갖는 직렬 연결이 아니라, 한 출력에 함께 매달린 별도 가지입니다. 버저가 스스로 소리를 내는 액티브 버저인지, 극성이 있는지, 필요한 전압·전류가 얼마인지 그림만으로 알 수 없습니다. 버저의 정확한 부품 자료를 확인하고 LED7과 함께 켠 상태에서 16번 출력 전압과 총전류를 측정해야 합니다. 물이 P7에 닿았다고 해서 소리가 났다고 기록해서는 안 됩니다.

8번 핀은 일곱 출력이 공유하는 이미터(emitter) 접지입니다. 9번 COM(Common)은 출력에 달린 클램프 다이오드(clamp diode)의 공통 단자입니다. 클램프 다이오드는 코일처럼 전류가 갑자기 끊어질 때 생기는 높은 전압을 전원 쪽으로 돌려보내는 통로입니다. 회로에서는 9번을 부하 전원의 양극에 연결했지만, 이 핀으로 ULN2004 내부에 동작 전원을 공급하지는 않습니다. 버저가 유도성 부하인지 확인해야 클램프 경로의 필요성을 판단할 수 있습니다. 저항성 LED 가지 때문에 COM을 반드시 전원에 묶어야 하는 것은 아닙니다. 공급 전압 양단에는 극성이 있는 100 µF/25 V 커패시터(capacitor)가 그려져 있습니다. 이 부품도 입력 임계값이나 전극 수명을 보증하지 않으므로 극성·실제 전압과 배치만 별도로 확인합니다.

물을 채우기 전에 일곱 경로를 하나씩 분리해 시험합니다

1. 전원을 끈 채 칩의 1–7번 입력, 10–16번 출력, 8번 접지, 9번 COM을 실제 부품 핀맵과 대조하십시오. 공통 탐침이 양극에, 각 단계 탐침이 자기 47 kΩ을 거쳐 지정 입력에, 각 LED가 자기 1 kΩ을 거쳐 양극에 연결됐는지 도통 검사로 확인합니다. 물에 닿는 선과 전자회로는 절연된 저전압 전원을 전제로 분리해 배치합니다.
2. 전류 제한이 가능한 9 V 전원에서 시작해 탐침을 모두 건조하게 둔 상태의 LED와 버저 상태, 각 입력 전압을 기록하십시오. 이미 켜진 가지가 있다면 젖은 표면, 케이블 누설, 잘못된 배선을 찾습니다.
3. 물을 넣기 전에 전원을 끄고 시험선으로 공통 탐침 단자와 P1을 잠시 연결한 뒤 다시 켜 보십시오. 47 kΩ은 그대로 둔 채 물 경로만 우회하는 시험입니다. 해당 입력·출력 전압과 LED1 전류를 기록하고, 전원을 다시 끈 뒤 시험선을 P2–P7로 옮겨 같은 시험을 합니다. P7에서는 LED7과 버저를 함께 연결한 실제 부하 상태도 확인합니다. 같은 공급 전압과 부하에서 이 가장 유리한 연결도 켜지지 않으면, 물을 채운다고 입력 여유가 좋아지지 않습니다. 임의로 47 kΩ을 제거해 켜진 결과를 원회로의 합격으로 기록하지 않습니다.
4. 실제 사용할 물에서 공통 탐침이 먼저 잠기도록 한 뒤, P1부터 P7까지 알려진 높이로 천천히 채우고 다시 비웁니다. 각 높이에서 충분히 안정된 뒤 켜진 LED, 입력·출력 전압, 공급 전류를 적고, 물을 내릴 때 같은 높이에서 상태가 돌아오는지 확인하십시오. P7에서는 버저가 의도한 조건에서만 울리는지 별도로 봅니다. 공급 전압의 최저·최고와 예상 수온·수질 범위도 바꾸어 반복합니다.
5. 여러 단계가 동시에 켜지는 조건에서 저항·ULN2004·버저의 전압과 온도를 부품 정격에 맞춰 확인합니다. 이 시험을 통과하더라도 장기간 물에 담근 전극의 수명을 증명한 것은 아닙니다.

전극을 직류에 계속 담가 두는 사용 조건은 따로 판단합니다

공통 탐침에는 한쪽 극성의 직류가 계속 걸립니다. 물 속 이온이 전극 표면에 모이는 분극(polarization) 때문에 신호가 변하거나 전극이 손상될 수 있습니다. 실제 변화 속도는 물의 성질, 전극 재료와 통전 시간에 따라 다르며, 이 회로의 수명을 단정할 자료는 없습니다. 장기 설치라면 전극의 변색·침전·신호 드리프트를 시간에 따라 기록하고, 직류 성분을 낮춘 교류 여기(AC excitation) 또는 물에 금속이 닿지 않는 절연 감지 방식을 별도로 검토하십시오. 교류를 쓴다고 이 ULN2004 입력 배선을 그대로 바꿔 꽂아도 된다는 뜻은 아닙니다. 신호 검출 회로까지 다시 설계해야 합니다.

판정은 P1–P7 시험선 연결 → 실제 물에서 채움·비움 → 전원·수질 범위 → 시간에 따른 전극 상태를 나눠 내리십시오. 각 단계가 의도한 LED에 대응하고 건조 상태에서 거짓 표시가 없으며, P7의 버저와 전체 발열이 부품 정격 안에서 확인된 범위만 사용 조건으로 남깁니다. 이 회로 그림 자체에는 그런 측정 결과가 포함되어 있지 않습니다.