온도 센서 소개: 서미스터, 열전대, RTD 및 온도계 IC

다양한 유형의 온도 센서와 각각의 장점과 단점에 대해 알아보세요.

온도 센서는 가장 일반적으로 사용되는 센서 중 하나입니다. 컴퓨터, 자동차, 주방 가전제품, 에어컨 및 가정용 온도 조절 장치를 포함한 모든 유형의 장비는 온도 센서를 사용합니다. 온도 센서의 가장 일반적인 5가지 유형은 다음과 같습니다.

이 문서에서는 나열된 각 센서 유형에 대해 간략하게 소개합니다.

이름에서 알 수 있듯이 서미스터(즉,영국 열량 단위아무 것도 아닌이스터)는 저항이 온도에 따라 달라지는 온도 감지 장치입니다.

서미스터는 PTC(정온도 계수)와 NTC(부온도 계수)의 두 가지 유형으로 제공됩니다. PTC 서미스터의 저항은 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 이에 반해 NTC 서미스터는 온도가 높아질수록 저항이 감소하는데, 이 형태가 가장 일반적으로 사용되는 서미스터인 것으로 보인다. 아래 그림 1을 참조하세요.

그림 2에서 볼 수 있듯이 서미스터의 저항과 온도 사이의 관계는 매우 비선형적이라는 점을 인식하는 것이 중요합니다.

온도에 따른 NTC 서미스터 저항의 표준 방정식은 다음과 같습니다.

$$R_T=R_{25C}\cdot e^{\left\{\beta\left[\left(1/\left(T+273\right)\right)-\left(1/298\right)\ 오른쪽]\오른쪽\}}$$

어디:

R25C는 실온(25°C)에서 서미스터의 공칭 저항입니다. 이 값은 일반적으로 데이터시트에 제공됩니다.

β(베타)는 켈빈 단위의 서미스터 재료 상수입니다. 이 값은 일반적으로 데이터시트에 제공됩니다.

T는 서미스터의 실제 온도(섭씨)입니다.

그러나 서미스터의 동작을 선형화하는 데 사용되는 두 가지 쉬운 기술, 즉 저항 모드와 전압 모드가 있습니다.

저항 모드 선형화는 일반 저항을 서미스터와 병렬로 배치합니다. 저항기의 값이 실온에서 서미스터의 값과 동일하면 선형화 영역은 실온을 중심으로 대칭이 됩니다. 아래 그림 3을 참조하세요.

반면, 전압 모드 선형화는 서미스터를 일반 저항과 직렬로 배치하여 전압 분배기 회로를 형성합니다. 전압 분배기 회로는 알려지고 고정되고 안정적인 전압 기준 VREF에 연결되어야 합니다.

이 구성은 온도에 따라 다소 선형적인 출력 전압을 생성하는 효과가 있습니다. 저항 모드 선형화와 마찬가지로 저항기의 값이 실온에서 서미스터의 저항과 같으면 선형화 영역은 실온을 중심으로 대칭이 됩니다(그림 4).

열전대는 일반적으로 더 높은 온도와 더 넓은 온도 범위를 측정하는 데 사용됩니다.

열전대의 작동 방식을 요약하면 열 구배를 받는 모든 도체는 작은 전압을 생성합니다. 이 현상을 제벡 효과(Seebeck effect)라고 합니다. 생성된 전압의 크기는 금속 유형에 따라 다릅니다. Seebeck 효과의 실제 적용에는 한쪽 끝에서 결합되고 다른 쪽 끝에서 분리되는 두 개의 서로 다른 금속이 포함됩니다. 접합의 온도는 비접합 끝의 와이어 사이의 전압을 통해 결정될 수 있습니다.

열전대에는 다양한 유형이 있습니다. 특정 합금 조합이 대중화되었으며 원하는 조합은 비용, 가용성, 화학적 특성 및 안정성을 포함한 변수에 따라 결정됩니다. 다양한 유형은 다양한 응용 분야에 가장 적합하며 일반적으로 필요한 온도 범위와 감도를 기준으로 선택됩니다.

그림 5는 열전대 특성 그래프를 보여줍니다.

저항 온도계라고도 알려진 저항 온도 감지기는 아마도 이해하기 가장 간단한 온도 센서일 것입니다. RTD는 온도에 따라 저항이 변한다는 점에서 서미스터와 유사합니다. 그러나 서미스터처럼 온도 변화에 민감한 특수 소재를 사용하는 대신 RTD는 세라믹이나 유리로 만든 코어를 감싸는 와이어 코일을 사용합니다.