KR101662354B1 - 정전류원을 이용하는 다채널 저항 계측 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정전류원을 이용하여 다채널 저항을 계측하는 장치에 관한 것으로서, 정전류원과 연산증폭기를 공통으로 이용하도록 구성된다. 이를 위하여 복수의 측온저항체 센서를 멀티플렉서를 이용하여 순차적으로 정전류원과 연산증폭기에 연결한다. 정전류원과 연산증폭기를 채널마다 별도로 구비하는 것이 아니라 공통으로 이용하므로, 소비 전류를 낮출 수 있고, 부품 밀집도를 줄여 발열에 대한 신뢰성을 높일 수 있으며, 제작 비용도 절감할 수 있게 된다.

Description

정전류원을 이용하는 다채널 저항 계측 장치{ Apparatus for Multi Channel Resistance Measurement using Constant Current Source }
본 발명은 정전류원을 이용하여 다채널 저항을 계측하는 장치에 관한 것으로서, 특히 사용되는 부품 수를 줄여 더욱 효율적으로 다채널 측온저항체 센서의 저항 값을 계측할 수 있도록 한다.
산업 현장에는 온도를 측정하기 위한 다양한 장치가 사용되고 있으며, 이러한 장치들은 온도를 측정하기 위하여 측온저항체(RTD: Resistance Temperature Detector)를 많이 사용하고 있다.
예를 들자면, 공장 자동화를 위하여 흔히 사용되는 PLC(Programmable Logic Controller) 시스템에는 측온저항체의 저항 값을 계측하여 온도를 측정하는 측온저항체 모듈이 사용된다.
도 1은 측온저항체 센서의 저항 값을 측정하는 회로를 보인 것으로서, 온도에 따라 저항 값이 변하는 저항(Rth)과 도선 저항(Ra,Rb,Rc)을 가지고 있는 측온저항체 센서(10), 정전류를 발생시키는 정전류원(11), 입력 임피던스가 매우 큰 연산증폭기(13-1,13-2: OP-AMP) 등으로 이루어진다.
연산증폭기(13-1,13-2)의 입력 임피던스가 아주 크기 때문에 연산증폭기(13-1,13-2)의 입력전류 'Ic = Id = 0'으로 가정할 수 있으며, 'Ia = Ib = I'가 되고, 도선이 가지고 있는 도선 저항 'Ra = Rb'이다.
도선 저항 Rc에 의한 열손실이 없다고 가정하고 회로를 해석하면 다음과 같음을 알 수 있다.
'V1 = IaRa + IaRth + IaRb = IRa + IRth + IRb'
'V2 = IbRb = IRb'
'V = V1 - 2 × V2 = IRa + IRth + IRb - 2 × IRb = IRth'
Rth = V/I
한편, 종래에는 측온저항체 모듈을 다채널을 가지도록 구성하는 경우 각 측온저항체 센서에 대응하여 별도로 정전류원과 연산증폭기를 구비하였다.
도 2는 종래의 다채널 저항 계측 장치를 보인 것으로서, 각 채널(CH0~CH3)마다 별도의 정전류원(11-1~11-4)과 연산증폭기(17-1~17-4)를 구비하고 있으며, 멀티플렉서(18)를 이용하여 어느 하나의 채널에 대응하는 연산증폭기 출력을 선택함으로써 해당 측온저장체의 저항 값을 계측하였다.
즉, 종래에는 채널이 증가할수록 그에 대응하여 정전류원과 연산증폭기의 수도 함께 증가하였다.
이에 따라, 채널의 수가 증가할수록 소비 전류가 증가하여 채널 수에 대한 제약이 발생할 수 있다.
또한, 소비 전류 증가로 인하여 모듈 내부의 부품 온도가 올라가 신뢰성에 영향을 주게 되고, 부품의 밀집도가 높아져 부품 배치에 대한 공간적 제약이 발생하며, 제작 비용도 증가하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 여러 채널로 구성되는 저항 계측 장치가 채널마다 정전류원과 연산증폭기를 사용하지 않고, 하나의 정전류원과 연산증폭기만을 사용하도록 하여, 소비 전류에 대한 제약, 부품 배치에 대한 공간적 제약, 비용에 대한 제약 등의 문제를 해결하고 더욱 효율적으로 저항 계측을 할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 정전류원을 이용하는 다채널 저항 계측 장치는, 복수의 측온저항체 센서가 각각 연결되는 복수의 입력단자(입력단자는 각각 해당 측온저항체 센서로 전류가 인입되는 제1접점과 해당 측온저항체 센서로부터 전류가 나오는 제2접점을 포함한다); 정전류를 발생시키는 정전류원; 입력이 상기 정전류원의 전류출력단과 연결된 제1연산증폭기; 제2연산증폭기; 채널선택신호에 따라 상기 입력단자들 중 어느 하나의 제1접점을 상기 정전류원의 전류출력단과 연결시키고, 해당 입력단자의 제2접점을 상기 제2연산증폭기의 입력으로 연결시키는 멀티플렉서; 상기 제1연산증폭기와 제2연산증폭기의 출력단 사이에 인가되는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환기; 및 상기 멀티플렉서로 채널선택신호를 전달하는 제어부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1연산증폭기는 입력 전압을 그대로 출력하고, 상기 제2연산증폭기는 입력 전압을 2배로 증폭하여 출력하도록 구성할 수 있다.
상기 제어부는 상기 채널선택신호를 이용하여 상기 입력단자가 순차적으로 선택될 수 있도록 처리할 수 있다.
상기 측온저항체 센서는 도선 저항에 영향이 없는 3선식 센서로 구성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다채널 저항 계측 장치가 하나의 정전류원과 연산증폭기만을 이용하여 각 채널의 저항 값을 계측할 수 있다.
이에 따라, 소비 전류를 크게 낮출 수 있고, 부품 밀집도를 줄여 발열에 대한 신뢰성을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 정전류원과 연산증폭기의 구성에 들어가는 비용도 절감할 수 있으므로, 더욱 효율적으로 다채널 저항 계측을 수행할 수 있게 된다.
도 1은 측온저항체 센서의 저항 값을 측정하는 회로의 예,
도 2는 종래의 다채널 저항 계측 장치에 관한 예,
도 3은 본 발명에 따른 다채널 저항 계측 장치의 일 실시예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3을 참조하자면, 본 발명에 따른 다채널 저항 계측 장치(20)는 복수의 측온저항체 센서(21-1,21-2,21-3,21-4)가 각각 연결되는 복수의 입력단자(22-1,22-2,22-3,22-4), 정전류를 발생시키는 정전류원(23), 제1연산증폭기(24-1), 제2연산증폭기(24-2), 멀티플렉서(25), 아날로그/디지털 변환기(26), 및 제어부(27)를 포함하여 이루어진다.
측온저항체 센서(21-1~21-4)가 연결되는 각 입력단자(22-1~22-4)에는 각각 해당 채널에 연결된 측온저항체 센서로 전류가 인입되는 제1접점(0_a,1_a,2_a,3_a)과, 해당 측온저항체 센서로부터 전류가 나오는 제2접점(0_c,1_c,2_c,3_c)이 구비되어 있다.
측온저항체 센서의 종류는 다양할 수 있으며, 구체적인 예로서 3선식 센서를 사용할 수 있다.
도시된 바와 같이 3선식 센서는 한 단자에 두 개의 도선이 접속되고 다른 단자에는 한 개의 도선이 접속되어 있어서 도선 저항의 영향을 제거할 수 있다.
3선식 측온저항체 센서에서 Rth는 측온저항체의 순수 저항 요소이며, 각 배선에도 재질의 특성에 따른 저항 요소(Ra,Rb,Rc)가 존재한다.
제1연산증폭기(24-1)는 입력이 정전류원(23)의 전류출력단과 연결되며, 입력 전압을 그대로 출력할 수 있다.
제2연산증폭기(24-2)의 입력은 입력단자들 중 어느 하나의 제2접점과 연결되고, 입력 전압을 2배 증폭하여 출력할 수 있다.
멀티플렉서(25)는 제어부(27)에서 전달하는 채널선택신호에 따라 각 입력단자들(22-1~22-4) 중 어느 하나의 제1접점을 정전류원(23)의 전류출력단(제1연산증폭기의 입력단)과 연결시키고, 해당 입력단자의 제2접점을 제2연산증폭기(24-2)의 입력으로 연결시킨다.
예컨대 채널선택신호가 0번 채널을 선택하는 것이면 해당 입력단자(22-1)의 제1접점(0_a)을 정전류원(23)의 전류출력단과 연결하고, 이 입력단자(22-1)의 제2접점(0_c)을 제2연산증폭기(24-2)의 입력으로 연결한다.
채널선택신호가 1번 채널을 선택하는 것이면 해당 입력단자(22-2)의 제1접점(1_a)을 정전류원(23)의 전류출력단과 연결하고, 이 입력단자(22-2)의 제2접점(1_c)을 제2연산증폭기(24-2)의 입력으로 연결한다.
채널선택신호가 2번 채널을 선택하는 것이면 해당 입력단자(22-3)의 제1접점(2_a)을 정전류원(23)의 전류출력단과 연결하고, 이 입력단자(22-3)의 제2접점(2_c)을 제2연산증폭기(24-2)의 입력으로 연결한다.
채널선택신호가 3번 채널을 선택하는 것이면 해당 입력단자(22-4)의 제1접점(3_a)을 정전류원(23)의 전류출력단과 연결하고, 이 입력단자(22-4)의 제2접점(3_c)을 제2연산증폭기(24-2)의 입력으로 연결한다.
이와 같이 멀티플렉서(25)는 현재 처리하는 채널을 선택적으로 연결시킴으로써 해당 채널의 측온저장체 저항 값(Rth)을 계측할 수 있도록 한다.
아날로그/디지털 변환기(26)는 제1연산증폭기(24-1)와 제2연산증폭기(24-2)의 출력 사이에 인가되는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환한다.
제어부(27)는 멀티플렉서(25)로 채널선택신호를 전달하여 계측 대상 채널을 선택할 수 있도록 한다.
제어부(27)가 어떤 채널을 선택하도록 할 것인지는 필요에 따라 다양하게 구성할 수 있다. 구체적인 예로서 제어부(27)는 채널선택신호를 이용하여 각 입력단자(22-1~22-4)가 순차적으로 선택되도록 처리할 수 있다.
도 3에는 4개의 측온저항체 센서와 연결되는 4 채널 장치의 예를 도시 하였으나, 채널의 수는 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
상술한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것임은 물론이다.
10,21-1~21-4: 측온저항체 센서 11-1~11-4,23: 정전류원
17-1~17-4,24-1,24-2: 연산증폭기
20: 다채널 저항 계측 장치
22-1~22-4: 입력단자 25: 멀티플렉서
26: 아날로그/디지털 변환기 27: 제어부
Rth: 측온저항체의 순수 저항 Ra,Rb,Rc: 도선 저항

Claims (4)

  1. 복수의 측온저항체 센서가 각각 연결되는 복수의 입력단자 -상기 입력단자는 각각 해당 측온저항체 센서로 전류가 인입되는 제1접점과 해당 측온저항체 센서로부터 전류가 나오는 제2접점을 포함함-;
    정전류를 발생시키는 하나의 정전류원;
    입력이 상기 정전류원의 전류출력단과 연결되고, 입력 전압을 1배 증폭하여 출력하는 하나의 제1연산증폭기;
    입력 전압을 2배 증폭하여 출력하는 하나의 제2연산증폭기;
    상기 복수의 입력단자의 제 1 접점과 제 2 접점에 각각 대응되는 스위치를 개별적으로 구성하고, 채널선택신호에 따라 해당 스위치를 제어하여 상기 입력단자들 중 어느 하나의 제1접점을 상기 정전류원의 전류출력단과 연결시키고, 해당 입력단자의 제2접점을 상기 제2연산증폭기의 입력으로 연결시키는 멀티플렉서;
    상기 제1연산증폭기와 제2연산증폭기의 출력단 사이에 인가되는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환기; 및
    상기 복수의 입력단자가 순차적으로 선택될 수 있도록 상기 멀티플렉서로 채널선택신호를 전달하는 제어부를 포함하는 정전류원을 이용하는 다채널 저항 계측 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 측온저항체 센서는 도선 저항에 영향이 없는 3선식 센서인 것을 특징으로 하는 정전류원을 이용하는 다채널 저항 계측 장치.
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